JP2004253168A - Bipolar battery - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極活物質と負極活物質とが集電体の両側に配置され、電池内で単電池層が直列に接続されてなるバイポーラ電池に関し、より詳しくは、高分子固体電解質に比してイオン伝導度に優れた高分子ゲル電解質を用いてなるバイポーラ電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、環境保護のため二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が鋭意行われている。二次電池としては、高エネルギー密度、高出力密度が達成できるリチウムイオン二次電池に注目が集まっている。ただし、自動車に適用するためには、大出力を確保するために、複数の二次電池を直列に接続して用いる必要がある。
【0003】
しかしながら、接続部を介して電池を接続した場合、接続部の電気抵抗によって出力が低下してしまう。また、接続部を有する電池は空間的にも不利益を有する。即ち、接続部によって、電池の出力密度やエネルギー密度の低下がもたらされる。
【0004】
この問題を解決するものとして、集電体の両側に正極活物質と負極活物質とを配置したバイポーラ電池が開発されている。
【0005】
このうち、電解質として溶液を含まない高分子固体電解質を用いてなるバイポーラ電池が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。これによれば、電池内に溶液(電解液)を含まないため、液漏れやガス発生の心配がなく、信頼性が高く、また構造的にも密閉シールが不要なバイポーラ電池を提供できるものである。しかしながら、高分子固体電解質のイオン伝導度は、電解質としてセパレータに電解液を染み込ませたもの(以下、単に溶液電解質)やゲル電解質と比べると低く、通常の使用環境では、電池の出力密度やエネルギー密度が十分でなく、実用化段階に至っていないのが現状であり、更なるイオン伝導度の向上が待たれている。
【0006】
一方、電解液を有する電解質を用いてなるバイポーラ電池が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。電解液を有する電解質、特にゲル電解質を用いれば、イオン伝導度に優れ、電池の出力密度やエネルギー密度も十分に得られるため、実用化段階に最も近いバイポーラ電池として期待されている。
【0007】
【特許文献1】
特開2000−100471号公報
【特許文献2】
特開平11−204136号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電解質層に、電解液を染み込ませたセパレータを用いてなる溶液系電解質や電解液の比率の高い高分子ゲル電解質を用いてバイポーラ電池を構成しようとすると、押圧などにより電解質部分から電解液が染み出すことにより、単電池層間が液絡(短絡)する危険性がある。すなわち、バイポーラ型でない従来のリチウムイオン電池のように電池内の積層電極が並列接続されているものと異なり、電池内で積層された単電池層が直列に接続されてなるバイポーラ電池では、単電池層間の集電体箔同士が機械的に接触あるいは電解液を介して接触することで電気的な短絡(あるいはイオン的な短絡;液絡)することになる。それを防ぐため、単電池層周囲に電解質シール部を形成する必要がある。
【0009】
シール部形成の手法として、電極を積層した後に、電極周囲に樹脂を流し込む手法が考えられる。
【0010】
しかしながら、通常の集電体に用いられる金属箔は、厚さが10〜20μm程度であり、箔と箔の間隔も100μm程度であるため、そこに粘度の高い樹脂の前駆体を注入しようとすると、樹脂前駆体の圧力により箔同士が接触するおそれがある。
【0011】
箔同士が接触すると、単電池層間が電気的に短絡してしまうため、それを防ぐために電極を形成した集電体箔の周囲に絶縁処理を施す(電解質シール部を別途形成が必要である)と、余分な構造が増えてしまう。
【0012】
したがって本発明が目的とするところは、電池内で単電池層が直列に接続されてなるバイポーラ電池において、集電体箔同士の間隔を保ったまま電解質シール部を形成でき、該電解質シール部が電極間の電気的な絶縁も兼ねることができる信頼性の高いバイポーラ電池を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、集電体の一方の面に正極が形成され、他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極を、電解液を染み込ませたセパレータ(溶液電解質)若しくは高分子ゲル電解質を挟んで複数枚直列に積層したバイポーラリチウムイオン二次電池において、
電極側面の電解質シール部の中に、電極同士の間隔を保持するためのスペーサが設けられていることを特徴とするバイポーラ電池である。
【0014】
【発明の効果】
本発明のバイポーラ電池では、電極を形成した集電体箔の周囲(電極側面)の電解質シール部の中に、電極同士の間隔を保持するためのスペーサが設けられているため、単電池層周囲に電解質シール部を形成する際に、電極を積層した後に電極周囲に樹脂を流し込んでも箔同士が接触するのを防止することができる。これにより、樹脂(前駆体)を流し込んだり、浸漬させるなどして電解質シール部を形成することができる。そのため、溶液系電解質や高分子ゲル電解質からの電解液の漏れ出しを簡便かつ効果的に防ぐことができる。よって、単電池層間の液絡(短絡)を防止することができ、イオン伝導度に優れ、充放電特性などの電池特性に優れたコンパクトなバイポーラ電池を提供できる。そのため、信頼性が高く、優れたエネルギー密度および出力密度を保持できており各種産業において有用な電力源となる。このことは高分子固体電解質を用いるバイポーラ電池においても、電解質シール部の形成の際に箔同士の接触するのを防止することができるため、同様の効果を得ることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、説明する。
【0016】
本発明に係るバイポーラ電池は、集電体の一方の面に正極が形成され、他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極を、電解液を染み込ませたセパレータ(溶液電解質)若しくは高分子ゲル電解質を挟んで複数枚直列に積層したバイポーラリチウムイオン二次電池において、
電極側面の電解質シール部の中に、電極同士の間隔を保持するためのスペーサが設けられていることを特徴とするものである。
【0017】
また、本発明に係るバイポーラ電池の製造方法は、電極を積層する際に、電極周囲にスペーサを配置し、その後、電極周囲に樹脂を注入して電解質シール部を形成することを特徴とするものである。以下、本発明のバイポーラ電池につき、その特徴部分の製造方法と併せて説明する。
【0018】
本発明では、箔(集電体)同士の接触を防止することができるので、簡易かつ確実に電解質シール部(電解質シール用の樹脂が保持されてなる部分)を形成することができ、電解質の漏れ出しによる液絡(短絡)を防ぐこともできる。
【0019】
図1〜4に本発明に係るバイポーラ電池の基本構成の概略を図面を用いて簡単に説明する。このうち、図1には、バイポーラ電池を構成するバイポーラ電極の構造を模式的に表わした概略断面図を示し、図2には、バイポーラ電池を構成する単電池層の構造を模式的に表わした概略断面図を示し、図3には、バイポーラ電池の全体構造を模式的に表わした概略断面図を示し、図4には、バイポーラ電池内に複数積層された単電池層が直列に接続されてなることを(記号化して)概念的に表わした概略図を示す。
【0020】
図1〜4に示したように、1枚の集電体1の片面に正極層2を設け、もう一方の面に負極層3を設けたバイポーラ電極5(図1参照のこと)を、電解質層4を挟み隣合うバイポーラ電極5の電極層2、3が対向するようになっている。すなわち、バイポーラ電池11では、集電体1の片方の面上に正極層2を有し、他方の面上に負極層3を有するバイポーラ電極(電極層)5を、電解質層4を介して複数枚積層した構造の電極積層体(バイポーラ電池本体)7からなるものである。最上層と最下層の電極5a、5bは、バイポーラ電極構造ではなく集電体1(または端子板)に必要な片面のみの電極層(正極層2または負極層3)を形成した構造となっている。
【0021】
また、こうしたバイポーラ電極5等を複数枚積層した電極積層体7の最上層と最下層の電極5a、5bは、バイポーラ電極構造でなくてもよく、集電体1(または端子板)に必要な片面のみの電極層(正極層2または負極層3)を配置した構造としてもよい(図3参照のこと)。また、バイポーラ電池11では、上下両端の集電体1にそれぞれ正極および負極リード8、9が接合されている。
【0022】
バイポーラ電極の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。シート状電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できるのであれば、バイポーラ電極の積層回数を少なくしてもよい。
【0023】
また、本発明のバイポーラ電池11では、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、電極積層体7部分を電池外装材(外装パッケージ)10に減圧封入し、電極リード8、9を電池外装材(外装パッケージ)10の外部に取り出した構造とするのがよい(図3、4参照のこと)。軽量化の観点からは、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属(合金を含む)をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆したアルミラミネートパックなどの高分子−金属複合ラミネートフィルムなど、従来公知の電池外装材を用いて、その周辺部の一部または全部を熱融着にて接合することにより、電極積層体7を収納し減圧封入(密封)し、電極リード8、9を電池外装材10の外部に取り出した構成とするのが好ましい。このバイポーラ電池11の基本構成は、図4に示すように、複数積層した単電池層(単セル)6が直列に接続された構成ともいえるものである。なお、本発明のバイポーラ電池は、リチウムイオンの移動によって充放電が媒介されるバイポーラリチウムイオン二次電池に用いられる。ただし、電池特性の向上等の効果が得られるのであれば、他の種類の電池に適用することを妨げるものではない。
【0024】
本発明では、上記したように、電極側面の電解質シール部の中に、電極同士の間隔を保持するためのスペーサが設けられていることを特徴とするものである。詳しくは、図5に示すように、バイポーラ電極5の側面に形成されてなる電解質シール部21の中に、電極5(集電体1)同士の間隔を保持するためのスペーサ23が設けられている(図5(b)参照のこと)。以下、本発明の特徴部である電解質シール部およびスペーサを中心に説明する。
【0025】
[電解質シール部]
電解質シール部(以下、絶縁層ともいう。)は、集電体同士が接触したり、電解液が漏れ出したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こるのを防止する目的で、各電極の周囲に形成されてなるものである。
【0026】
本発明では、該電解質シール部の形成の際に、粘性のあるシール用樹脂による圧迫で端子同士が接触し短絡するのを防止する目的で、電解質シール部の中に、電極同士の間隔を保持するためのスペーサが設けられている。
【0027】
従来、電解質層として溶液電解質または高分子ゲル電解質を用いたバイポーラ電池では、集電体の片面に1種類の正極材料を用いて正極層を形成し、反対側の面に1種類の負極材料を用いて負極層を形成してバイポーラ電極を形成し、それらを高分子ゲル電解質(層)を挟んで積層している。したがって、溶液電解質または高分子ゲル電解質中に含まれる電解液が染み出して、他の単電池層の電解液と接触することで、短絡(液絡)をするおそれがあった。それを防ぐため、本発明者らは、図9に示すように、単電池層周囲に電解質シール部を形成する必要があり、そのシール部形成の手法として、製造工程の簡素化の観点から、電極を積層した後に、電極積層体7の電極周囲に樹脂を流し込む手法として、図9(b)に示すように、電極積層体7の電極周囲を樹脂槽の樹脂前駆体31中に浸漬することを試みた。しかしながら、通常の集電体1に用いられる金属箔は、厚さが10〜20μm程度であり、箔と箔の間隔も100μm程度であるため、そこに粘度の高い樹脂の前駆体31を浸漬などにより注入しようとすると、図9(c)に示すように、樹脂前駆体31の圧力(圧迫)により電極積層体7の電極周囲の集電体1箔同士が接触するおそれがある。集電体1の周縁部の箔同士が接触すると、単電池層間が電気的に短絡してしまうため、それを防ぐために電極箔周囲に絶縁処理を施すと、余分な構造が増えてしまう。そこで、本発明では、以下に図面を用いて説明するように、電極を積層する際に、電極周囲にスペーサを配置し、その後、電極周囲に樹脂を注入して電解質シール部を形成することにより、上記問題点を解決し得たものである。ここで、図5は、本発明のバイポーラ電池に用いられる代表的な電極であって、電極周囲にスペーサを配置した段階での様子を模式的に表わした平面概略図および側面概略図である。
【0028】
本発明のバイポーラ電池に用いられる電極5は、図5に示すように、集電体1の一方の面に正極2が形成され、他方の面に負極(図示せず)が形成されている。さらに、電極5の周囲、すなわち、電極(正極2ないし負極3)5の塗布面5aの外側に複数のスペーサ23を配置してなるものである。
【0029】
ここで、電極5の周囲に配置するスペーサ23の形状は、電極同士の接触を防止することができるものであればよく、特に制限されるべきものではない。例えば、図5に示すような円柱形状、三角、四角などの多角柱形状、球形状、楕円形状等の非連続体、更に図6に示すような連続体や不織布のような連続体等を用いることができ、またこれらを適当に組み合わせて用いてもよい。
【0030】
また、電極5の周囲に配置するスペーサ23の大きさについても、電極同士の接触を防止することができるものであればよく、特に制限されるべきものではない。例えば、円柱形状等の非連続体の場合には、図7に示すように、電解質シール部21を形成する際に、スペーサが完全にシール部に取り込まれるように、電解質シール部21の幅W1よりもスペーサの幅W2を小さくし、シール部形成用の樹脂前駆体がスペーサの周囲、特にスペーサの後ろ側(図7の網掛け部分)まで廻り込める程度の大きさ及び間隔を保っておくのが望ましい。また、スペーサ23が図6に示すような連続体23aの場合には、連続体23aが有する空間開口部25の大きさおよび間隔を、連続体23aの空間開口部25に電解質シール部用の樹脂前駆体が浸漬や注入等により十分に充填できシール性を保持できるようにすればよい。また、不織布のような連続体の場合には、これにシール用樹脂を感心させる比になるので、結果的に、電解質シール部と略同じ大きさになるといえる。なお、連続体(図6のもののほか、不織布なども含む)の幅W3は、電解質シール部と略同じ幅になるように設定すればよい。該連続体23aの幅W3は、電解質シール部の幅W1と略同じ幅にするのが望ましいが、該スペーサの使用目的からすれば、電解質シール部の幅W1よりも小さくても何ら問題はない。
【0031】
また、上記スペーサ23の厚さ(高さ)は、電極(の集電体箔)同士の接触を防止することができればよく、図5(b)に示すように、電極間に相当する高さのスペーサ23を配置する場合には、該電極(の集電体箔)間に相当する高さと略同等とすればよいが、電極間を上下2つのスペーサを重ね合わせる(張り合わせる)ようにしてもよい。重ね合わせる場合には、上部側スペーサと下部側スペーサの厚さは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。ここで、電極間に相当する高さとは、正極層と負極層と電解質層の厚さに相当する(図2参照のこと。)。また、必要に応じて、さらに上下スペーサの間に他のスペーサを挟み込んでもよい。特にスペーサ部材点数の低減及び製造過程の簡素化等の観点から、電極間に相当する高さのスペーサ23を配置するのが望ましい。
【0032】
また、電極5の周囲に設置するスペーサ23として非連続体を用いる場合、図5(b)の側面から見た場合に、上下のスペーサ23が同じ位置(場所)になるように設置してもよいし、異なる位置に設置してもよいなど特に制限されるものではない。
【0033】
また、スペーサ23として非連続体を用いる場合の数としては、スペーサの大きさにもよるが、電極同士の接触を防ぐことができるものであれば特に制限されるものではないが、作業性観点からは、上記要件を満足する範囲で極力設置数が少ないのがよい。
【0034】
また、スペーサ23として非連続体を用いる場合の設置長さは、図5(a)に示すように、集電体の4辺の周囲を端から端まで設置するのが確実であるが、端から端まで設置しなくても、電極同士の接触を防ぐことができるものであれば、より短くてもよい。
【0035】
上記スペーサの材料としては、使用目的である電極同士の接触を防止して液絡(短絡)を防止することができる材料であればよく、絶縁性、耐薬品性(特に耐アルカリ性)、耐熱性(電池使用温度)などを有し、軽量で加工性に優れ、電解質シール部用樹脂の前駆体との相溶性(接着性、濡れ性)に優れているものが望ましく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエステルなどが好適に利用できるが、これらに制限されるべきものではない。
【0036】
また、上記スペーサ23の電極周囲への設置は、例えば、糊等で仮止めするだけでもよい。さらに接着剤による化学的接着法、熱融着法、熱圧着法など従来公知の方法により設置(接着)することができるものであり、特に制限されるべきものではない。なお、接着剤を用いる場合には、当該接着剤にもスペーサ材料や電解質シール部用樹脂に求められるような絶縁性、耐薬品性(耐アルカリ性)などを有する材料を用いるのが望ましい。ただし、不織布などでは、差し込む(挟み込む)だけでもよい。これは、その後、該不織布にシール部用樹脂を含浸、硬化させることで、電極周囲に強固に固定できるためである。
【0037】
また、スペーサの設置時期は、正極ないし負極層を形成(印刷塗布)する前でもよいし、塗布後でもよいなど特に制限さされるべきものではない。
【0038】
次に、スペーサを設置した電解質シール部21は、図8に示すように、シール用樹脂前駆体31に浸漬する(図8と図9を比較参照のこと。)などし、その後硬化することにより、シール用樹脂が注入されシール部21が形成されてなるものである。なお、スペーサ23も電解質シール部21のシール用樹脂の1部とみなすこともできる。
【0039】
シール用樹脂が注入、硬化されて形成されてなる電解質シール部21は、電解質層からの電解液の染み出しを防止する観点から、図5(a)や図7に示すように、電極積層体7の電極側面の周囲全体に形成されている必要がある。上記電解質シール部21の幅W1は、シール効果が得られる範囲内で少なくするのが、電池特性上望ましい。したがって、電解質シール部21の幅W1は、スペーサの設置確保の点を考慮しても5mm〜2cm程度あれば、十分なシール効果を得ることができる。
【0040】
なお、スペーサ23に開口部25のない連続体23aを設ける場合、該スペーサ同士のつなぎ合わせ部分などに隙間が生じることもあることから、こうした隙間等への樹脂注入によりシール部21を形成し、電極積層体7の電極側面の周囲全体のシール性を確保するのが望ましい。
【0041】
また本発明では、電解質層に高分子固体電解質を用いる場合についても、電池組み立ての際や使用中の振動や衝撃により、電極同士が接触するおそれがあることから、同様に電極同士の接触を防止するのに適した電池構成をとることが望ましい。この場合、電解液の染み出しはないことから、当該電解質シール部21は、必ずしも樹脂などでシールする必要はなく、スペーサを設けるだけでもよいが、上記で説明したように、電解質シール部21はシール用樹脂でシールしておいてもよい。
【0042】
上記電極側面の電解質シール部(絶縁層)21用の材料としては、絶縁性、電解質層からの電解液(アルカリ液)に対するシール性、耐アルカリ性、外部からの水分の透湿に対するシール性(密封性)、電池動作温度下での耐熱性などを有するものであれば特に制限されるべきものではなく、例えば、シリコン、エポキシ、ウレタン、ポリブタジエン、ポリプロピレン、ポリエチレン、パラフィンワックスなどから選択される樹脂(ゴムを含む)を用いるのが望ましい。これらの樹脂は、シール性(液密性)、耐薬品性(耐アルカリ性)、耐久性・耐候性、耐熱性などに優れ、電解質層から電解液が染み出すのを効果的に防止することができ、電解液の滲み出しによる液絡(短絡)を長期にわたり防ぐことができ、樹脂前駆体として、電極積層体7の電極周囲に該樹脂前駆体を流し込むことができ、それにより、設置したスペースが完全にシール部に取り込むことができる程度の粘性に容易に調製し得るからである。耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性などの観点からは、エポキシ樹脂が好ましい。
【0043】
上記電極側面の電解質シール部21の中に、電極同士の間隔を保持するためのスペーサ23が設けられている電極積層体7を用いた本発明のバイポーラ電池では、スペーサ23の働きにより電極周囲に樹脂前駆体を注入する際に電極同士が接触することなく形成できるため電極間での電気的短絡を防止することができる。また、スペーサを含む電解質シール部21を電極側面の周囲全体に形成できるため、電解質層4中に含まれる電解液が電解質シール部21の外部にまで染み出すのを効果的に防止できる。そのため、他の単電池層6の電解液と接触することはなく、短絡(液絡)をすることのない高い安全性を有する高品質のバイポーラ電池を提供することができるものである。
【0044】
以上が、本発明に係るバイポーラ電池の特徴部分の構成要素である、電極側面の電解質シール部の中に、電極同士の間隔を保持するためのスペーサが設けられてなる構成部分を中心に説明したが、本発明のバイポーラ電池の他の構成要素については、特に制限されるべきものではなく、従来公知のバイポーラ電池に幅広く適用可能である。
【0045】
以下、本発明のバイポーラ電池の上記[電解質シール部]以外の他の構成要素を中心に簡単に説明するが、本発明がこれらに何ら制限されるべきものでないことは言うまでもない。
【0046】
[集電体]
本発明で用いることのできる集電体としては、特に制限されるものではなく、従来公知のものを利用することができ、例えば、アルミニウム箔、ステンレス箔、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく使える。また、金属表面に、アルミニウムを被覆させた集電体であってもよい。また、場合によっては、2つ以上の金属箔を張り合わせた集電体を用いてもよい。耐蝕性、作り易さ、経済性などの観点からは、アルミニウム箔を集電体として用いることが好ましい。
【0047】
集電体の厚さは、特に限定されないが、通常は1〜100μm程度である。
【0048】
[正極層]
正極層は、正極活物質を含む。この他にも、電子伝導性を高めるための導電助剤、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩、バインダ、高分子電解質などが含まれ得るが、電解質層に高分子ゲル電解質を用いる場合には、正極活物質微粒子同士を結びつける従来公知のバインダ、電子伝導性を高めるための導電助剤などが含まれていればよく、高分子電解質の原料のホストポリマー、電解液やリチウム塩などは含まれていなくても良い。電解質層に溶液電解質を用いる場合にも、正極層には高分子電解質の原料のホストポリマー、電解液やリチウム塩などは含まれていなくても良い。
【0049】
このうち、正極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される、遷移金属とリチウムとの複合酸化物(リチウム−遷移金属複合酸化物)を使用できる。具体的には、LiCoO2などのLi・Co系複合酸化物、LiNiO2などのLi・Ni系複合酸化物、スピネルLiMn2O4などのLi・Mn系複合酸化物、LiFeO2などのLi・Fe系複合酸化物などが挙げられる。この他、LiFePO4などの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物;V2O5、MnO2、TiS2、MoS2、MoO3などの遷移金属酸化物や硫化物;PbO2、AgO、NiOOHなどが挙げられる。
【0050】
正極活物質の粒径は、バイポーラ電池の電極抵抗を低減するために、溶液タイプのリチウムイオン電池で用いられる一般に用いられる粒径よりも小さいものを使用するとよい。具体的には、正極活物質微粒子の平均粒径が0.1〜5μmであるとよい。
【0051】
上記導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等が挙げられる。ただし、これらに限られるわけではない。
【0052】
上記バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【0053】
上記高分子ゲル電解質は、上記に規定したように、イオン導伝性を有する固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、リチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも含まれるものである。
【0054】
ここで、高分子ゲル電解質に含まれる電解液(電解質塩および可塑剤)としては、通常リチウムイオン電池で用いられるものであればよく、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiTaF6、LiAlCl4、Li2B10Cl10等の無機酸陰イオン塩、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも1種類のリチウム塩(電解質塩)を含み、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等のエーテル類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;アセトニトリル等のニトリル類;プロピオン酸メチル等のエステル類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから1種類または2種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の有機溶媒(可塑剤)を用いたものなどが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【0055】
イオン導伝性を有する固体高分子電解質としては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、これらの共重合体のような公知の固体高分子電解質が挙げられる。
【0056】
高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。なお、PAN、PMMAなどは、どちらかと言うとイオン伝導性がほとんどない部類に入るものであるため、上記イオン伝導性を有する高分子とすることもできるが、ここでは高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子として例示したものである。
【0057】
上記リチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiTaF6、LiAlCl4、Li2B10Cl10等の無機酸陰イオン塩、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等の有機酸陰イオン塩、またはこれらの混合物などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【0058】
高分子ゲル電解質中のホストポリマーと電解液との比率(質量比)は、使用目的などに応じて決定すればよいが、2:98〜90:10の範囲である。すなわち、当該正極層中の電解質材料からの電解液の染み出しについては、本発明の構成とすることで効果的にシールすることができる。そのため、上記高分子ゲル電解質中のホストポリマーと電解液との比率(質量比)に関しても、比較的電池特性を優先したものとすることができる。
【0059】
正極層における、正極活物質、導電助剤、バインダ、高分子電解質(ホストポリマー、電解液など)、リチウム塩の配合量は、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。例えば、電解質層にゲル電解質を用いる場合には、正極層内における高分子電解質の配合量が少なすぎると、正極層内でのイオン伝導抵抗やイオン拡散抵抗が大きくなり、電池性能が低下してしまう。一方、正極層内における高分子電解質の配合量が多すぎると、電池のエネルギー密度が低下してしまう。従って、これらの要因を考慮して、目的に合致した高分子ゲル電解質量を決定する。
【0060】
正極層の厚さは、特に限定するものではなく、配合量について述べたように、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。一般的な正極層の厚さは10〜500μm程度である。
【0061】
[負極層]
負極層は、負極活物質活物質を含む。この他にも、電子伝導性を高めるための導電助剤、バインダ、高分子電解質(ホストポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩などが含まれ得るが、高分子電解質層に高分子ゲル電解質を用いる場合には、負極活物質微粒子同士を結びつける従来公知のバインダ、電子伝導性を高めるための導電助剤などが含まれていればよく、高分子電解質の原料のホストポリマー、電解液やリチウム塩などは含まれていなくても良い。電解質層に溶液電解質を用いる場合にも、負極層には高分子電解質の原料のホストポリマー、電解液やリチウム塩などは含まれていなくてもよい。負極活物質の種類以外は、基本的に「正極層」の項で記載した内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【0062】
負極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される負極活物質を用いることができる。具体的には、カーボン、金属酸化物、リチウム−金属複合酸化物などを用いることができるが、好ましくはカーボンもしくはリチウム−遷移金属複合酸化物である。これらを用いることで、容量、出力特性(例えば、電池電圧が高くできるなど)に優れた電池を構成できるからである。なお、リチウム−遷移金属複合酸化物としては、例えば、リチウム−チタン複合酸化物などを用いることができる。また、カーボンとしては、例えば、黒鉛、グラファイト、アセチレンブラック、カーボンブラックなどを用いることができる。
【0063】
[電解質層]
本発明のバイポーラ電池では、電解質層からの電解液の染み出しを防止するための電解質シール部を形成する際に、電極同士の接触を防止するのに適した電池構成を提供する観点から、該電解質層としては、電解液を染み込ませたセパレータ、もしくは、高分子ゲル電解質(不織布セパレータに高分子ゲル電解質を保持させたものを含む)がその対象となりえるものである。ただし、本発明では、高分子固体電解質についても、電池組み立ての際に、電極同士の接触することがあることから、同様に電極同士の接触を防止するのに適した電池構成をとることが望ましい。したがって、本発明では、その使用目的に応じて、(1)高分子ゲル電解質(不織布セパレータに高分子ゲル電解質を保持させたものを含む)、(2)高分子固体電解質または(3)電解液を染み込ませたセパレータのいずれにも適用し得るものである。
【0064】
(1)高分子ゲル電解質(不織布セパレータに高分子ゲル電解質を保持させたものを含む)
高分子ゲル電解質としては、特に制限されるべきものではなく、従来のゲル電解質層に用いられているものを適宜利用することができる。ここで、ゲル電解質とは、ポリマーマトリックス中に電解液を保持させたものをいう。なお、本発明において、全固体高分子電解質(単に、高分子固体電解質ともいう)と、ゲル電解質との違いは、以下のとおりである。
【0065】
・ポリエチレンオキシド(PEO)などの全固体高分子電解質に、通常のリチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものがゲル電解質である。
【0066】
・ポリふっ化ビニリデン(PVDF)など、リチウムイオン伝導性をもたない高分子の骨格中に、電解液を保持させたものもゲル電解質にあたる。
【0067】
・ゲル電解質を構成するのポリマー(ホストポリマーないしポリマーマトリックスとも称する。)と電解液の比率は幅広く、ポリマー100質量%を全固体高分子電解質、電解液100質量%を液体電解質とすると、その中間体はすべてゲル電解質にあたる。
【0068】
上記ゲル電解質の、ホストポリマーとしては、特に制限されるべきものではなく、従来公知のものを利用することができるが、好ましくは、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリふっ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)およびそれらの共重合体が望ましく、溶媒には、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、γ−ブチロラクトン(GBL)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、およびそれらの混合物が望ましい。
【0069】
上記ゲル電解質の、電解液(電解質塩および可塑剤)としては、特に制限されるべきものではなく、従来公知のものを利用することができる。具体的には、通常リチウムイオン電池で用いられるものであればよく、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiTaF6、LiAlCl4、Li2B10Cl10等の無機酸陰イオン塩、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも1種類のリチウム塩(電解質塩)を含み、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等のエーテル類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;アセトニトリル等のニトリル類;プロピオン酸メチル等のエステル類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから1種類または2種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の有機溶媒(可塑剤)を用いたものなどが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【0070】
本発明におけるゲル電解質中の電解液の割合としては、特に制限されるべきものではないが、イオン伝導度などの観点から、数質量%〜98質量%程度とするのが望ましい。本発明では、電解液の割合が70質量%以上の、電解液が多いゲル電解質について、特に効果がある。
【0071】
また、本発明では、ゲル電解質に含まれる電解液の量は、ゲル電解質内部で略均一になるようにしてもよいし、中心部から外周部に向けて傾斜的に少なくしていってもよい。前者は、より広範囲で反応性を得ることができるため好ましく、後者は、外周部の全固体高分子電解質部の電解液に対するシール性を高めることができる点で好ましい。中心部から外周部に向けて傾斜的に少なくしていく場合には、上記ホストポリマーには、リチウムイオン伝導性のあるポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)およびそれらの共重合体を用いることが望ましい。
【0072】
また、本発明では、電解質層が不織布セパレータに高分子ゲル電解質を保持させたものであってもよい(後述する実施例を参照のこと。)。
【0073】
ここで、高分子ゲル電解質を保持させる為に用いる不織布セパレータとしては、特に制限されるべきものではなく、繊維を絡めてシート化することにより製造することができる。また、加熱によって繊維同士を融着することにより得られるスパンボンド等も用いることができる。すなわち、繊維を適当な方法でウェブ(薄綿)状またはマット状に配列させ、適当な接着剤あるいは繊維自身の融着力により接合して作ったシート状のものであればよい。上記接着剤としては、製造及び使用時の温度下で十分な耐熱性を有し、ゲル電解質に対しても反応性や溶解性等がなく安定したものであれば、特に制限されるべきものではなく、従来公知のものを利用できる。また、使用繊維としては、特に制限されるものではなく、例えば、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン、ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを用いることができ、使用目的(電解質層に要求される機械強度など)に応じて、単独または混合して用いる。また、不織布のかさ密度は、含浸させた高分子ゲル電解質により十分な電池特性を得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。すなわち、あまり不織布のかさ密度が大きすぎると、電解質層中の非電解質材料が占める割合が大きくなりすぎ、電解質層におけるイオン伝導度などを損なうおそれがあるためである。
【0074】
不織布セパレータの空孔率は50〜90%であることが好ましい。空孔率が50%未満では、電解液の保持性が悪化し、90%超では強度が不足する。さらに、不織布セパレータの厚さは、後述する電解質層と同じであればよく、好ましくは5〜200μmであり、特に好ましくは10〜100μmである。厚さが5μm未満では電解液の保持性が悪化し、200μmを超える場合には抵抗が増大することになる。
【0075】
なお、スペーサとして用いる不織布連続体では、上記不織布セパレータのうち絶縁性材料のものを利用することができる。不織布連続体の場合も、空孔率50〜90%程度のものを適宜利用することができる。
【0076】
(2)高分子固体電解質
全固体高分子電解質としては、特に制限されるべきものではなく、従来公知のものを利用することができる。具体的には、イオン伝導性を有する高分子から構成される層であり、イオン伝導性を示すのであれば材料は限定されない。全固体高分子電解質としては、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、これらの共重合体のような公知の固体高分子電解質が挙げられる。固体高分子電解質中には、イオン伝導性を確保するためにリチウム塩が含まれる。リチウム塩としては、LiBF4、LiPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、またはこれらの混合物などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。PEO、PPOのようなポリアルキレンオキシド系高分子は、LiBF4、LiPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2などのリチウム塩をよく溶解しうる。また、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度が発現する。
【0077】
(3)電解液を染み込ませたセパレータ
セパレータに染み込ませることのできる電解液としては、既に説明した正極層の高分子ゲル電解質に含まれる電解液(電解質塩および可塑剤)と同様のものを用いることができるため、ここでの説明は省略する。
【0078】
上記セパレータとしては、特に制限されるべきものではなく、従来公知のものを用いることができるものであり、例えば、上記電解液を吸収保持するポリマーからなる多孔性シート(例えば、ポリオレフィン系微多孔質セパレータなど)を用いることができる。有機溶媒に対して化学的に安定であるという性質を持つ上記ポリオレフィン系微多孔質セパレータは、電解質(電解液)との反応性を低く抑えることができるという優れた効果を有するものである。
【0079】
該ポリマーの材質としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、PP/PE/PPの3層構造をした積層体、ポリイミドなどが挙げられる。
【0080】
上記セパレータの厚みとして、使用用途により異なることから一義的に規定することはできないが、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)などのモータ駆動用二次電池などの用途においては、単層あるいは多層で4〜60μmであることが望ましい。セパレータの厚さが、かかる範囲にあることでセパレータに微粒が食い込むことによって発生する短絡の防止と、高出力のために電極間を狭くすることが望ましいという理由から、厚さ方向の機械的強度と高出力性の確保という効果がある。また電池を複数接続する場合には、電極面積が増大することから、電池の信頼性を高めるために上記範囲のなかでも厚形のセパレータを用いることが望ましい。
【0081】
上記セパレータの微細孔の径は、最大で1μm以下(通常、数十nm程度の孔径である)であることが望ましい。セパレータの微細孔の平均径が、上記範囲にあることで熱によってセパレータが溶融して微細孔が閉じる「シャットダウン現象」が速やかに起きるという理由から、異常時信頼性が上がり、その結果として耐熱性が向上するという効果がある。すなわち、過充電で電池温度が上昇していったとき(異常時)に、セパレータが溶融して微細孔が閉じる「シャットダウン現象」が速やかに起きることで、電池(電極)の正極(+)から負極(−)側にLiイオンが通れなくなり、それ以上は充電できなくなる。そのため過充電できなくなり、過充電が解消する。その結果、電池の耐熱性(安全性)が向上するほか、ガスがでて電池外装材の熱融着部(シール部)が開くのを防止できる。ここでセパレータの微細孔の平均径は、セパレータを走査電子顕微鏡等で観察し、その写真をイメージアナライザ等で統計的に処理した平均径として算出される。
【0082】
上記セパレータの空孔率は20〜50%であることが望ましい。セパレータの空孔率が、上記範囲にあることで電解質(電解液)の抵抗による出力低下の防止と、微粒がセパレータの空孔(微細孔)を貫くことによる短絡の防止という理由から出力と信頼性の両方を確保するという効果がある。ここでセパレータの空孔率とは、原材料レジンの密度と最終製品のセパレータの密度から体積比として求められる値である。
【0083】
上記セパレータへの電解液の含浸量は、セパレータの保液能力範囲まで含浸させればよいが、当該保液能力範囲を超えて含浸させてもよい。これは、電解質シール部に樹脂を注入して電解質層からの電解液の染み出しを防止できるため、該電解質層に保液できる範囲であれば含浸可能である。該電解液は、電解質シール部に樹脂を注入する際に各電極間ごとに通液口(各1箇所づつ)を残しておき、ここから真空注液法などにより注液した後、当該通液口に樹脂を注入して完全にシールすることができるなど、従来公知の方法でセパレータに電解液を含浸させることができる。
【0084】
なお、上記(1)〜(3)の電解質層は、1つの電池の中で併用してもよい。
【0085】
また、高分子電解質は、高分子ゲル電解質層、正極活物質層、負極活物質層に含まれ得るが、同一の高分子電解質を使用してもよく、層によって異なる高分子電解質を用いてもよい。
【0086】
ところで、現在好ましく使用される高分子ゲル電解質用のホストポリマーは、PEO、PPOのようなポリエーテル系高分子である。このため、高温条件下における正極側での耐酸化性が弱い。従って、溶液系のリチウムイオン電池で一般に使用される、酸化還元電位の高い正極剤を使用する場合には、負極の容量が、高分子ゲル電解質層を介して対向する正極の容量より少ないことが好ましい。負極の容量が対向する正極の容量より少ないと、充電末期に正極電位が上がり過ぎることを防止できる。なお、正極および負極の容量は、正極および負極を製造する際の理論容量として、製造条件から求めることができる。完成品の容量を測定装置で直接測定してもよい。
【0087】
ただし、負極の容量を対向する正極の容量と比べて少ないと、負極電位が下がりすぎて電池の耐久性が損なわれる恐れがあるので充放電電圧に注意する必要がある。例えば、一のセル(単電池層)の平均充電電圧を使用する正極活物質の酸化還元電位に対して適切な値に設定して、耐久性が低下しないように注意する。
【0088】
電池を構成する電解質層の厚さは、特に限定するものではない。しかしながら、コンパクトなバイポーラ電池を得るためには、電解質としての機能が確保できる範囲で極力薄くすることが好ましい。一般的な電解質層の厚さは5〜200μm、好ましくは10〜100μm程度である。
【0089】
[正極および負極端子板]
正極および負極端子板は、必要に応じて使用すればよい。用いる場合には、端子としての機能を有するほか、薄型化の観点からは極力薄い方がよいが、積層されてなる電極、電解質および集電体はいずれも機械的強度が弱いため、これらを両側から挟示し支持するだけの強度を持たせることが望ましい。さらに、端子部での内部抵抗を抑える観点から、正極および負極端子板の厚さは、通常0.1〜2mm程度が望ましいといえる。
【0090】
正極および負極端子板の材質は、通常リチウムイオン電池で用いられる材質を用いることができる。例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金などを利用することができる。耐蝕性、作り易さ、経済性などの観点からは、アルミニウムを用いることが好ましい。
【0091】
正極端子板と負極端子板との材質は、同一の材質を用いてもよいし、異なる材質のものを用いてもよい。さらに、これら正極および負極端子板は、材質の異なるものを多層に積層したものであってもよい。
【0092】
正極および負極端子板は、集電体と同じサイズであればよい。
【0093】
[正極および負極リード]
正極および負極リードに関しては、通常リチウムイオン電池で用いられる公知のリードを用いることができる。なお、電池外装材(電池ケース)から取り出された部分は、自動車の熱源との距離がないことから、これらに接触して漏電したりして自動車部品(特に電子機器)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆しておくのが好ましい。
【0094】
[電池外装材(電池ケース)]
バイポーラ電池は、外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、バイポーラ電池本体である電池積層体全体を電池外装材ないし電池ケース(図示せず)に収容するとよい。軽量化の観点からは、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属(合金を含む)をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムやアルミラミネートパックなど、従来公知の電池外装材を用いて、その周辺部の一部または全部を熱融着にて接合することにより、電池積層体を収納し密封した構成とするのが好ましい。この場合、上記正極および負極リードは、上記熱融着部に挟まれて上記電池外装材の外部に露出される構造とすればよい。また、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートフィルムやアルミラミネートパックなどを用いることが、自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を電池動作温度まですばやく加熱することができる点で好ましい。
【0095】
次に、本発明では、上記のバイポーラ電池を複数個接続して構成した組電池とすることができる。すなわち、本発明のバイポーラ電池を少なくとも2個以上を用いて直列および/または並列に接続して構成した組電池とすることで、使用目的ごとの電池容量や出力に対する要求に、比較的安価に対応することが可能になる。
【0096】
具体的には、例えば、上記のバイポーラ電池をN個並列に接続し、N個並列にしたバイポーラ電池をさらにM個直列にして金属製ないし樹脂製の組電池ケースに収納し、組電池とする。この際、バイポーラ電池の直列/並列接続数は、使用目的に応じて決定する。例えば、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)など大容量電源として、高エネルギー密度、高出力密度が求められる車両の駆動用電源に適用し得るように組み合わせればよい。また、組電池用の正極端子および負極端子と、各バイポーラ電池の電極リードとは、リード線等を用いて電気的に接続すればよい。また、バイポーラ電池同士を直列/並列に接続する際には、スペーサやバスバーのような適当な接続部材を用いて電気的に接続すればよい。ただし、本発明の組電池は、ここで説明したものに制限されるべきものではなく、従来公知のものを適宜採用することができる。また、該組電池には、使用用途に応じて、各種計測機器や制御機器類を設けてもよく、例えば、電池電圧を監視するために電圧計測用コネクタなどを設けておいてもよいなど、特に制限されるものではない。
【0097】
本発明では、上記のバイポーラ電池および/または組電池を駆動用電源として搭載した車両とすることができる。本発明のバイポーラ電池および/または組電池は、上述のように各種特性を有し、特に、コンパクトな電池である。このため、エネルギー密度および出力密度に関して、とりわけ厳しい要求がなされる車両、例えば、電気自動車やハイブリッド電気自動車等の駆動用電源として好適であり、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。例えば、電気自動車ないしハイブリッド電気自動車の車体中央部の座席下に組電池を駆動用電源として搭載するのが、社内空間およびトランクルームを広く取れるため便利である。ただし、本発明では、これらに何ら制限されるべきものではなく、組電池ないし電池は、車両の床下、トランクルーム、エンジンルーム、屋根、ボンネットフード内などに設置することができる。なお、本発明では、組電池だけではなく、使用用途によっては、バイポーラ電池を搭載するようにしてもよいし、これら組電池とバイポーラ電池を組み合わせて搭載するようにしてもよい。また、本発明のバイポーラ電池および/または組電池を駆動用電源として搭載することのできる車両としては、上記の電気自動車やハイブリッド電気自動車が好ましいが、これらに制限されるものではない。
【0098】
本発明のバイポーラ電池の製造方法としては、特に制限されるべきものではなく、従来公知の各種の方法を適宜利用することができる。以下に、簡単に説明する。ただし、電極を積層する際に、電極周囲にスペーサを配置し、その後、電極周囲に樹脂を注入して電解質シール部を形成する方法に関しては、既に図8を用いて説明したとおりであるので、ここでの説明は省略ないし簡略化する。
【0099】
(1)正極用組成物の塗布
まず、適当な集電体を準備する。正極用組成物は通常はスラリー(正極用スラリー)として得られ、集電体の一方の面に塗布される。
【0100】
正極用スラリーは、正極活物質を含む溶液である。他成分として、導電助剤、バインダ、重合開始剤、電解質の原料(固体電解質用高分子ないしホストポリマー、電解液など)、支持塩(リチウム塩)およびスラリー粘度調整溶媒などが任意で含まれる。すなわち、正極用スラリーは、溶液系のリチウムイオン電池と同様に、負極活物質のほか、導電助材、電解質の原料、支持塩(リチウム塩)、スラリー粘度調整溶媒、重合開始剤等を任意で含む材料を所定の比率で混合して作製することができる。
【0101】
電解質層に高分子ゲル電解質を用いる場合には、正極活物質微粒子同士を結びつける従来公知のバインダ、電子伝導性を高めるための導電助材、溶媒などが含まれていればよく、高分子ゲル電解質の原料のホストポリマー、電解液やリチウム塩などは含まれていなくても良い。電解質層に電解液を含浸させたセパレータを用いる場合も同様である。
【0102】
電解質の高分子原料(高分子ゲル電解質の原料のホストポリマーないし高分子固体電解質の高分子原料)は、PEO、PPO、これらの共重合体などが挙げられ、分子内に架橋性の官能基(炭素−炭素二重結合など)を有することが好ましい。この架橋性の官能基を用いて高分子電解質を架橋することによって、機械的強度が向上する。
【0103】
正極活物質、導電助剤、バインダ、リチウム塩に関しては、前述した化合物を用いることができる。
【0104】
重合開始剤は、重合させる化合物に応じて選択する必要がある。例えば、光重合開始剤としてベンジルジメチルケタール、熱重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルが挙げられる。
【0105】
NMPなどの溶媒は、正極用スラリーの種類に応じて選択する。
【0106】
正極活物質、リチウム塩、導電助剤の添加量は、バイポーラ電池の目的等に応じて調節すればよく、通常用いられる量を添加すればよい。重合開始剤の添加量は、高分子原料に含まれる架橋性官能基の数に応じて決定される。通常は高分子原料に対して0.01〜1質量%程度である。
【0107】
(2)正極層の形成
正極用スラリーが塗布された集電体を乾燥して、含まれる溶媒を除去する。それと同時に、正極用スラリーによっては、架橋反応を進行させて、高分子固体電解質の機械的強度を高めてもよい。乾燥は真空乾燥機などを用いることができる。乾燥の条件は塗布された正極用スラリーに応じて決定され、一義的に規定できないが、通常は40〜150℃で5分〜20時間である。
【0108】
(3)負極用組成物の塗布
正極層が塗布された面と反対側の面に、負極活物質を含む負極用組成物(負極用スラリー)を塗布する。
【0109】
正極層が塗布された面と反対側の面に、負極活物質を含む負極用組成物(負極用スラリー)を塗布する。
【0110】
負極用スラリーは、負極活物質を含む溶液である。他成分として、導電助材、バインダ、重合開始剤、(固体電解質用高分子ないしホストポリマー、電解液など)、支持塩(リチウム塩)およびスラリー粘度調整溶媒などが任意で含まれる。使用される原料や添加量については、「(1)正極用組成物の塗布」の項での説明と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【0111】
(4)負極層の形成
負極用スラリーが塗布された集電体を乾燥して、含まれる溶媒を除去する。それと同時に、負極用スラリーによっては、架橋反応を進行させて、高分子ゲル電解質の機械的強度を高めてもよい。この作業により、バイポーラ電極が完成する。乾燥は真空乾燥機などを用いることができる。乾燥の条件は塗布された負極用スラリーに応じて決定され、一義的に規定できないが、通常は40〜150℃で5分〜20時間である。かかる乾燥処理により、集電体上に負極層(電極形成部)を形成する。
【0112】
(5)電解質層の形成
高分子固体電解質層を用いる場合には、例えば、高分子固体電解質の原料高分子、リチウム塩等をNMPのような溶媒に溶解させて調製した溶液を硬化させることによって製造される。また、高分子ゲル電解質層を用いる場合には、例えば、高分子ゲル電解質の原料として、ホストポリマーと電解液、リチウム塩、重合開始剤等からなるプレゲル溶液を不活性雰囲気下で加熱乾燥と同時に重合(架橋反応を促進)させることによって製造される。また、不織布セパレータに高分子ゲル電解質を保持させてなる高分子ゲル電解質層を用いる場合には、不織布セパレータに、例えば、高分子ゲル電解質の原料として、ホストポリマーと電解液、リチウム塩、重合開始剤等からなるプレゲル溶液を含浸させて、不活性雰囲気下で加熱乾燥と同時に重合(架橋反応を促進)させることによって製造される(後述する実施例参照のこと。)。
【0113】
例えば、上記電極(正極および/または負極)上に、調製された上記溶液またはプレゲル溶液を塗布し、所定の厚さの電解質層またはその一部(電解質層厚さの半分程度の電解質膜)を形成する。その後、電解質層(膜)が積層された電極を不活性雰囲気下で硬化または加熱乾燥と同時に重合(架橋反応を促進)させることによって、電解質の機械的強度を高め、電解質層(膜)を製膜形成する(完成させる)。
【0114】
あるいは、別途、電極間に積層される電解質層またはその一部(電解質層厚さの半分程度の電解質膜)を準備する。電解質層(膜)ないし不織布セパレータに高分子ゲル電解質を保持させてなる高分子ゲル電解質層(膜)は、上記溶液またはプレゲル溶液を、PETフィルムなど適当なフィルム上に塗布し、不活性雰囲気下で硬化または加熱乾燥と同時に重合(架橋反応を促進)させることによって製造されるか、あるいは、上記溶液またはプレゲル溶液を、PP製など適当な不織布セパレータに含浸し、不活性雰囲気下で硬化または加熱乾燥と同時に重合(架橋反応を促進)させることによって製造される。
【0115】
硬化または加熱乾燥は真空乾燥機(真空オーブン)などを用いることができる。加熱乾燥の条件は溶液またはプレゲル溶液に応じて決定され、一義的に規定できないが、通常は30〜110℃で0.5〜12時間である。
【0116】
電解質層(膜)の厚さは、スペーサなどを用いて制御できる。光重合開始剤を用いる場合には、光透過性のギャップに流し込み、乾燥及び光重合ができるような紫外線照射装置を用いて紫外線を照射して、電解質層内のポリマーを光重合させ架橋反応を進行させて製膜するとよい。ただし、この方法に限定されないことは勿論である。重合開始剤の種類に応じて、放射線重合、電子線重合、熱重合などを使いわける。
【0117】
また、上記で用いるフィルムは、製造過程で80℃程度に加熱されることもありえるため、当該温度程度での十分な耐熱性を有し、さらに溶液またはプレゲル溶液との反応性がなく、製造過程で剥離し除去する必要上、離型性に優れたものを用いるのが望ましく、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレンフィルムなどを使用することができるが、これらに制限されるべきものではない。
【0118】
なお電解質層の幅は、バイポーラ電極の集電体サイズよりも若干小さくすることが多い。
【0119】
上記溶液またはプレゲル溶液の組成成分やその配合量などについては、使用目的に応じて適宜決定されるべきものである。
【0120】
なお、電解液を染み込ませたセパレータは、バイポーラ型でない従来の溶液系のバイポーラ電池に用いられる電解質層と同様の構成であり、従来公知の各種製造方法、例えば、電解液を染み込ませたセパレータをバイポーラ電極に挟み込んで積層する方法や真空注液法などにより製造できるため、以下、詳しい説明は省略する。
【0121】
(6)バイポーラ電極と電解質層との積層
▲1▼電解質層(膜)が一面または両面に形成されたバイポーラ電極の場合には、高真空下で十分加熱乾燥してから、電解質層(膜)が形成された電極を適当なサイズに複数個切りだし、切り出された電極を直接貼り合わせて、バイポーラ電池本体(電極積層体)を作製する。
【0122】
▲2▼別々にバイポーラ電極と電解質層(膜)を作製した場合には、高真空下で十分加熱乾燥してから、バイポーラ電極と電解質層(膜)をそれぞれを適当なサイズに複数個切りだす。切りだされたバイポーラ電極と電解質層(膜)とを所定数張り合わせて、バイポーラ電池本体(電極積層体)を作製する。
【0123】
上記電極積層体の積層数は、バイポーラ電池に求める電池特性を考慮して決定される。また、正極側の最外層には、集電体上に正極層のみを形成した電極を配置する。負極側の最外層には、集電体上に負極層のみを形成した電極を配置する。バイポーラ電極と電解質層(膜)とを積層、あるいは電解質層(膜)が形成された電極を積層させてバイポーラ電池を得る段階は、電池内部に水分等が混入するのを防止する観点から、不活性雰囲気下で行うことが好ましい。例えば、アルゴン雰囲気下や窒素雰囲気下でバイポーラ電池を作製するとよい。
【0124】
(7)スペーサの設置
本発明では、上述したように、バイポーラ電極と高分子電解質層とを貼り合わせて積層する際に、例えば、図5(a)、(b)に示すように、電極の周辺部に複数の円柱形状のスペーサ23を接着材により接着して配置する。あるいは図6のものや不織布による連続体スペーサを接着剤により接着ないし糊で仮止めする。なお、当該工程は、上述したように、かかる段階で行ってもよいし、予め正極層ないし負極層を形成する前に設置しておいてもよい。
【0125】
(8)電解質シール部(絶縁層)の形成
上記電極積層体の外周部の四辺を、外辺から、所定の幅(例えば、10mm程度の幅;図5のW1の幅)で、シール部用樹脂として、例えば、エポキシ樹脂(前駆体溶液)中に浸漬させ、その後エポキシ樹脂を硬化させて、電解質シール部を形成する。なお、本発明では、これらに制限されるものではなく、従来公知の樹脂注入技術を適宜利用することができることは言うまでもない。これにより、前記スペーサが、電解質シール部の樹脂に完全に取り込むことができ、漏れのないシール部を形成することができる。
【0126】
(7)パッキング(電池の完成)
最後にバイポーラ電池本体(電池積層体)の両最外層の電子伝導性層上にそれぞれ、正極端子板、負極端子板を設置し、該正極端子板、負極端子板に、さらに正極リード、負極リードを接合(電気的に接続)して取り出す。正極リードおよび負極リードの接合方法としては特に制限されるべきものではないが、接合温度の低い超音波溶接等が好適に利用し得るものであるが、これに限定されるべきものではなく、従来公知の接合方法を適宜利用することができる。
【0127】
電池積層体全体を、外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、電池外装材ないし電池ケースで封止し、バイポーラ電池を完成させる。この際には、正極リード、負極リードおよびコネクタ(またはその配線部)を封止し、その一部を電池外部に取り出す(図3参照のこと。)。電池外装材(電池ケース)の材質は、内面がポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆された金属(アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅など)が好適である。
【0128】
【実施例】
本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例に限定されるものではない。
【0129】
実施例1(第一の実施形態の例)
<電極の形成>
1.正極層
正極活物質として平均粒子径2μmのスピネルLiMn2O4[85質量%]、導電助剤としてアセチレンブラック[5質量%]、バインダとしてPVDF[10質量%]およびスラリー粘度調整溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)(NMPは、電極乾燥時にすべて揮発させて除去するので、電極の構成材料ではなく、適当なスラリー粘度になるように適量を加えた。)からなる材料を上記比率(スラリー粘度調整溶媒を除く成分で換算した比率を示す。)にて混合して正極スラリーを作製した。
【0130】
集電体であるSUS箔(厚さ20μm)の片面に上記正極スラリーを塗布し、真空オーブンに入れ、120℃で10分間乾燥させて乾燥厚さ40μmの正極層を形成した。
【0131】
2.負極層
負極活物質としてハードカーボン[90質量%]、バインダとしてPVDF[10質量%]およびスラリー粘度調整溶媒としてNMP(適当なスラリー粘度になるように適量を加えた。)からなる材料を上記比率(スラリー粘度調整溶媒を除く成分で換算した比率を示す。)にて混合して負極スラリーを作製した。
【0132】
正極層を形成したSUS箔の反対面に、上記負極スラリーを塗布し、真空オーブンに入れ、120℃で10分間乾燥させて乾燥厚さ40μmの負極層を形成した。
【0133】
集電体であるSUS箔の両面に正極層と負極層がそれぞれ形成されることにより、バイポーラ電極が形成された(図1参照のこと)。
【0134】
<ゲル電解質層の形成>
厚さ50μmのPP製不織布(空孔率60%)をセパレータとして用いた。
【0135】
上記セパレータに、ホストポリマーとしてポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドの共重合体(共重合比が5:1、重量平均分子量が8000のものを用いた。)[10質量%]と、電解液EC+DMC(1:3(体積比))に1.0Mでリチウム塩LiBF4を溶解させたもの[90質量%]、および重合開始剤としてAIBN[ホストポリマーに対して0.1質量%]からなるプレゲル溶液を浸漬させて、不活性雰囲気下で90℃で1時間熱重合させることにより、不織布セパレータにゲル電解質を保持させてなるゲル電解質層を形成した。得られたゲル電解質層の厚さは50μmであり、不織布セパレータよりも厚くはならなかった。
【0136】
<バイポーラ電池の形成>
上記バイポーラ電極と、ゲル電解質層を、電極の正極層と負極層がゲル電解質層を挟むような構成で積層した。
【0137】
積層する際、図5(a)及び(b)のように、電極の周辺部(周辺部の幅W1は8mmであった。)に厚さ(高さ)100μmの円柱形状(直径5mm)のPP製スペーサを適当な間隔をあけて12箇所づつ配置しながら積層していった。なお、スペーサは、糊で仮止めした。
【0138】
<シール部の形成>
厚さ50μmのポリプロピレン製の不織布の外周部の四辺を、外辺から10cmの幅で、電解質シール用の樹脂としてのエポキシ樹脂に浸漬させ、その後エポキシ樹脂を硬化させて、電解質シール部を形成した(図5(C)参照のこと)。
【0139】
5層(単電池層5セル分)積層した後、電池積層体をラミネートパック(アルミニウムをポリプロピレンフィルムでラミネートしたもの;電池外装材)で封止し、バイポーラ電池を形成した。
【0140】
比較例1
比較例1として電解質シール部とスペーサを設けない以外は実施例1と同様にして5層(単電池層5セル分)積層した後、電池積層体をラミネートパック(アルミニウムをポリプロピレンフィルムでラミネートしたもの;電池外装材)で封止してバイポーラ電池を形成した。
【0141】
<評価>
上記実施例1では、10個の電池サンプルを製造しても製造過程で端子間の接触による短絡による不良電池の発生は認められなかった。確認のため実施例1の電池の充放電サイクル試験を行った。充放電サイクル試験は、25℃で行い、充放電電流値は0.5CAとした。
【0142】
実施例1のバイポーラ電池は、50サイクルを超えても各単電池層の電圧が維持され、端子間の接触などによる短絡が生じていないことが確認された。
【0143】
なお、スペーサを持たない比較例1の電池では、10個の電池サンプルを製造した際に、製造過程で集電箔の接触による短絡、または電解液が漏れ出して電解液同士が接触する液絡による不良電池が10個全てに発生していることが認められた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のバイポーラ電池を構成するバイポーラ電極の基本構造を模式的に表わした断面概略図である。
【図2】本発明のバイポーラ電池を構成する単電池層(単セル)の基本構造を模式的に表わした断面概略図である。
【図3】本発明のバイポーラ電池の基本構造を模式的に表わした断面概略図である。
【図4】本発明のバイポーラ電池の基本構成を模式的に表わしてなる概略図である。
【図5】図5(a)は、円柱形状のスペーサを複数配置してなる電極積層体の平面図(ただし、最上層の集電体は図示せず)であり、図5(b)は、図5(a)の電極積層体の側面概略図である。
【図6】図6(a)は、本発明に用いられるスペーサを実施形態の1つを模式的に表した側面図であり、図6(b)は、図6(a)のスペーサの平面図である。
【図7】図5(a)の電極積層体の単電池層周囲に電解質シール部を形成した状態でのコーナー部の拡大平面図(ただし、最上層の集電体は図示せず)である。
【図8】図8(a)は、スペーサを用いてなる電極積層体の側面概略図である。図8(b)は、スペーサを用いてなる外電極積層体の単電池層周囲に電解質シール部を形成する手法として、極積層体の電極周囲を樹脂(前駆体)に浸漬する手前の様子を模式的に表した概略図である。図8(c)は、極積層体の電極周囲を樹脂(前駆体)に浸漬しても、スペーサにより単電池層間が電気的に絶縁を保った状態を模式的に表した概略図である。
【図9】図9(a)は、スペーサを用いていない電極積層体の側面概略図である。図9(b)は、外電極積層体の単電池層周囲に電解質シール部を形成する手法として、極積層体の電極周囲を樹脂(前駆体)に浸漬する手前の様子を模式的に表した概略図である。図9(c)は、極積層体の電極周囲を樹脂(前駆体)に浸漬したことで、単電池層間が電気的に短絡してしまった状態を模式的に表した概略図である。
【符号の説明】
1…集電体(金属箔)、
2…正極層、
3…負極層、
4…電解質層(電解質膜)、
5…バイポーラ電極、
5a…集電体の必要な片面のみに正極層を配置した電極、
5b…集電体の必要な片面のみに負極層を配置した電極、
6…単電池層(単セル)、
7…電極積層体、
8…正極リード、
9…負極リード、
10…電池外装材、
11…バイポーラ電池、
21…電解質シール部、
23…スペーサ、
23a…スペーサの連続体、
25…開口部、
31…シール用樹脂前駆体、
W1…電解質シール部の幅、
W2…スペーサの幅、
W3…連続体スペーサの幅。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a bipolar battery in which a positive electrode active material and a negative electrode active material are arranged on both sides of a current collector, and unit cell layers are connected in series in the battery, and more specifically, compared to a polymer solid electrolyte. And a bipolar battery using a polymer gel electrolyte having excellent ionic conductivity.
[0002]
[Prior art]
In recent years, reduction of carbon dioxide emission has been urgently required for environmental protection. The automobile industry is expected to reduce carbon dioxide emissions through the introduction of electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), and is keen to develop secondary batteries for motor drives, which are key to their practical use. Is being done. As a secondary battery, attention has been focused on a lithium ion secondary battery capable of achieving high energy density and high output density. However, in order to apply it to an automobile, it is necessary to use a plurality of secondary batteries connected in series in order to secure a large output.
[0003]
However, when a battery is connected via the connection, the output decreases due to the electrical resistance of the connection. Also, batteries with connections have spatial disadvantages. That is, the connection portion lowers the output density and energy density of the battery.
[0004]
As a solution to this problem, a bipolar battery in which a positive electrode active material and a negative electrode active material are arranged on both sides of a current collector has been developed.
[0005]
Among them, a bipolar battery using a polymer solid electrolyte containing no solution as an electrolyte has been proposed (for example, see Patent Document 1). According to this, since no solution (electrolyte solution) is contained in the battery, there is no need to worry about liquid leakage or gas generation, and a highly reliable bipolar battery that does not require a hermetically sealed structure can be provided. is there. However, the ionic conductivity of a polymer solid electrolyte is lower than that of a separator in which an electrolyte is impregnated as an electrolyte (hereinafter, simply referred to as a solution electrolyte) or a gel electrolyte. At present, the density is not sufficient, and it has not reached the stage of practical use, and further improvement in ionic conductivity is expected.
[0006]
On the other hand, a bipolar battery using an electrolyte having an electrolytic solution has been proposed (for example, see Patent Document 2). If an electrolyte having an electrolytic solution, particularly a gel electrolyte, is used, it is expected to be a bipolar battery which is excellent in ionic conductivity and sufficiently obtains the output density and energy density of the battery, which is the closest to the practical use stage.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2000-100471 A
[Patent Document 2]
JP-A-11-204136
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, when attempting to configure a bipolar battery using a solution-based electrolyte or a polymer gel electrolyte having a high ratio of electrolyte solution using a separator impregnated with the electrolyte solution in the electrolyte layer, the electrolyte solution is pressed from the electrolyte portion by pressing or the like. There is a danger that a liquid junction (short circuit) may occur between the unit cell layers due to seepage. That is, unlike a conventional lithium-ion battery which is not a bipolar type, unlike a lithium-ion battery in which stacked electrodes in a battery are connected in parallel, a bipolar battery in which unit cell layers stacked in a battery are connected in series is a unit cell. When the collector foils between the layers are in mechanical contact with each other or in contact with each other via the electrolytic solution, an electrical short circuit (or an ionic short circuit; liquid junction) occurs. To prevent this, it is necessary to form an electrolyte seal around the unit cell layer.
[0009]
As a method of forming the seal portion, a method of laminating the electrodes and then pouring a resin around the electrodes can be considered.
[0010]
However, the metal foil used for a normal current collector has a thickness of about 10 to 20 μm, and the interval between the foils is also about 100 μm. Therefore, when an attempt is made to inject a high-viscosity resin precursor there. The foils may come into contact with each other due to the pressure of the resin precursor.
[0011]
When the foils come into contact with each other, the unit cell layers are electrically short-circuited. To prevent this, an insulation treatment is applied around the current collector foil on which the electrodes are formed (an electrolyte seal must be separately formed). Then, an extra structure increases.
[0012]
Therefore, an object of the present invention is to form an electrolyte seal portion while maintaining a gap between current collector foils in a bipolar battery in which unit cell layers are connected in series in the battery. An object of the present invention is to provide a highly reliable bipolar battery that can also serve as electrical insulation between electrodes.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a bipolar electrode in which a positive electrode is formed on one surface of a current collector and a negative electrode is formed on the other surface is formed by interposing a separator (solution electrolyte) impregnated with an electrolyte or a polymer gel electrolyte. In a bipolar lithium ion secondary battery stacked in series,
A bipolar battery, wherein a spacer for maintaining a space between electrodes is provided in an electrolyte seal portion on a side surface of the electrode.
[0014]
【The invention's effect】
In the bipolar battery of the present invention, since the spacer for maintaining the interval between the electrodes is provided in the electrolyte seal around the current collector foil on which the electrodes are formed (side surface of the electrodes), the periphery of the unit cell layer is provided. When the electrolyte seal portion is formed, even if a resin is poured around the electrodes after laminating the electrodes, it is possible to prevent the foils from contacting each other. Thereby, the electrolyte seal portion can be formed by pouring or dipping the resin (precursor). Therefore, leakage of the electrolyte solution from the solution electrolyte or the polymer gel electrolyte can be easily and effectively prevented. Therefore, it is possible to prevent a liquid junction (short circuit) between the unit cell layers, to provide a compact bipolar battery having excellent ionic conductivity and excellent battery characteristics such as charge and discharge characteristics. Therefore, it has high reliability, can maintain excellent energy density and power density, and is a useful power source in various industries. This can prevent the foils from coming into contact with each other when forming the electrolyte seal portion even in a bipolar battery using a solid polymer electrolyte, and thus can provide the same effect.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0016]
The bipolar battery according to the present invention includes a bipolar electrode in which a positive electrode is formed on one surface of a current collector and a negative electrode is formed on the other surface. In a bipolar lithium ion secondary battery stacked in series with a plurality of
A spacer is provided in the electrolyte seal portion on the side surface of the electrode to keep a space between the electrodes.
[0017]
Further, the method for manufacturing a bipolar battery according to the present invention is characterized in that, when laminating electrodes, a spacer is arranged around the electrodes, and then a resin is injected around the electrodes to form an electrolyte seal portion. It is. Hereinafter, the bipolar battery of the present invention will be described together with a method of manufacturing the characteristic portion thereof.
[0018]
In the present invention, the contact between the foils (the current collector) can be prevented, so that the electrolyte seal portion (the portion where the resin for the electrolyte seal is held) can be easily and reliably formed, and A liquid junction (short circuit) due to leakage can also be prevented.
[0019]
The outline of the basic configuration of the bipolar battery according to the present invention will be briefly described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the structure of a bipolar electrode constituting a bipolar battery, and FIG. 2 is a schematic sectional view showing the structure of a unit cell layer constituting a bipolar battery. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view, FIG. 3 is a schematic cross-sectional view schematically showing the entire structure of a bipolar battery, and FIG. 4 is a diagram in which a plurality of unit cell layers stacked in a bipolar battery are connected in series. FIG. 1 shows a schematic diagram conceptually (in symbolic form) of what happens.
[0020]
As shown in FIGS. 1 to 4, the bipolar electrode 5 (see FIG. 1) in which the
[0021]
Also, the uppermost and
[0022]
The number of laminations of the bipolar electrode is adjusted according to a desired voltage. If a sufficient output can be ensured even if the thickness of the sheet-shaped battery is made as thin as possible, the number of times of laminating the bipolar electrodes may be reduced.
[0023]
Further, in the
[0024]
As described above, the present invention is characterized in that a spacer for maintaining a space between electrodes is provided in the electrolyte seal portion on the side surface of the electrode. More specifically, as shown in FIG. 5, a
[0025]
[Electrolyte seal part]
The electrolyte seal portion (hereinafter, also referred to as an insulating layer) is provided for the purpose of preventing current collectors from coming into contact with each other, leaking out of the electrolyte, and short-circuiting due to slight irregularities at the ends of the laminated electrode. , Formed around each electrode.
[0026]
In the present invention, when forming the electrolyte seal portion, the interval between the electrodes is maintained in the electrolyte seal portion for the purpose of preventing the terminals from contacting each other due to compression by the viscous sealing resin and causing a short circuit. Spacers are provided.
[0027]
Conventionally, in a bipolar battery using a solution electrolyte or a polymer gel electrolyte as an electrolyte layer, a positive electrode layer is formed using one type of positive electrode material on one side of a current collector, and one type of negative electrode material is formed on the opposite side. To form a negative electrode layer to form a bipolar electrode, and stack them with a polymer gel electrolyte (layer) interposed therebetween. Therefore, the electrolyte contained in the solution electrolyte or the polymer gel electrolyte may ooze out and come into contact with the electrolyte of another unit cell layer to cause a short circuit (liquid junction). In order to prevent this, as shown in FIG. 9, the present inventors need to form an electrolyte seal around the unit cell layer. As a method of forming the seal, from the viewpoint of simplifying the manufacturing process, As shown in FIG. 9B, as a method of pouring a resin around the electrodes of the
[0028]
As shown in FIG. 5, the
[0029]
Here, the shape of the
[0030]
Also, the size of the
[0031]
The thickness (height) of the
[0032]
In addition, when a discontinuous body is used as the
[0033]
The number of discontinuous bodies used as the
[0034]
In addition, when a discontinuous body is used as the
[0035]
Any material can be used as the material of the spacer as long as it is a material capable of preventing contact between electrodes and preventing liquid junction (short circuit), such as insulation, chemical resistance (particularly alkali resistance), and heat resistance. (Battery operating temperature), etc., which are lightweight, excellent in processability, and excellent in compatibility (adhesion, wettability) with the precursor of the resin for the electrolyte sealing portion, such as polyethylene, polypropylene, Polytetrafluoroethylene, polyester, and the like can be suitably used, but are not limited thereto.
[0036]
Further, the
[0037]
In addition, there is no particular limitation on the timing of the installation of the spacer, such as before or after forming (printing and applying) the positive electrode or negative electrode layer.
[0038]
Next, as shown in FIG. 8, the
[0039]
As shown in FIGS. 5A and 7, the
[0040]
In the case where the
[0041]
In the present invention, also in the case where a solid polymer electrolyte is used for the electrolyte layer, the electrodes may be brought into contact with each other due to vibration or impact during battery assembly or during use. It is desirable to adopt a battery configuration suitable for the operation. In this case, since the electrolyte does not seep out, the
[0042]
The material for the electrolyte sealing portion (insulating layer) 21 on the side surface of the electrode includes insulating properties, sealing properties against an electrolytic solution (alkaline solution) from the electrolyte layer, alkali resistance, and sealing properties against moisture permeation from the outside (sealing). ), And is not particularly limited as long as it has heat resistance at a battery operating temperature. For example, a resin selected from silicon, epoxy, urethane, polybutadiene, polypropylene, polyethylene, paraffin wax, etc. (Including rubber). These resins have excellent sealing properties (liquid tightness), chemical resistance (alkali resistance), durability / weather resistance, heat resistance, etc., and can effectively prevent the electrolyte solution from seeping out of the electrolyte layer. It is possible to prevent a liquid junction (short circuit) due to oozing out of the electrolytic solution for a long period of time, and to flow the resin precursor around the electrode of the
[0043]
In the bipolar battery of the present invention using the
[0044]
The above has been mainly described with respect to the constituent part in which the spacer for maintaining the interval between the electrodes is provided in the electrolyte seal part on the side of the electrode, which is the constituent element of the characteristic part of the bipolar battery according to the present invention. However, other components of the bipolar battery of the present invention are not particularly limited, and can be widely applied to conventionally known bipolar batteries.
[0045]
Hereinafter, the bipolar battery of the present invention will be briefly described focusing on other components other than the above [electrolyte seal portion], but it is needless to say that the present invention should not be limited to these components.
[0046]
[Current collector]
The current collector that can be used in the present invention is not particularly limited, and a conventionally known current collector can be used. For example, aluminum foil, stainless steel foil, a clad material of nickel and aluminum, copper and aluminum Or a plating material of a combination of these metals is preferably used. Alternatively, a current collector in which aluminum is coated on a metal surface may be used. In some cases, a current collector in which two or more metal foils are bonded may be used. It is preferable to use an aluminum foil as a current collector from the viewpoints of corrosion resistance, ease of production, economy, and the like.
[0047]
The thickness of the current collector is not particularly limited, but is usually about 1 to 100 μm.
[0048]
[Positive electrode layer]
The positive electrode layer contains a positive electrode active material. In addition to this, a conductive aid for enhancing electron conductivity, a lithium salt for improving ionic conductivity, a binder, a polymer electrolyte, and the like may be included, but when a polymer gel electrolyte is used for the electrolyte layer, It is sufficient that a conventional binder for binding the positive electrode active material fine particles to each other, a conductive auxiliary agent for enhancing electron conductivity, and the like are included. You don't have to. Even when a solution electrolyte is used for the electrolyte layer, the positive electrode layer may not contain a host polymer as a raw material of the polymer electrolyte, an electrolytic solution, a lithium salt, or the like.
[0049]
Among these, as the positive electrode active material, a composite oxide of a transition metal and lithium (lithium-transition metal composite oxide), which is also used in a solution-based lithium ion battery, can be used. Specifically, LiCoO 2 Li-Co based composite oxides such as LiNiO 2 Li-Ni based composite oxide such as spinel LiMn 2 O 4 Li-Mn based composite oxides such as LiFeO 2 Li.Fe-based composite oxides such as In addition, LiFePO 4 Phosphoric acid compounds and sulfuric acid compounds of transition metals and lithium; 2 O 5 , MnO 2 , TiS 2 , MoS 2 , MoO 3 Transition metal oxides and sulfides such as PbO 2 , AgO, NiOOH and the like.
[0050]
In order to reduce the electrode resistance of a bipolar battery, it is preferable to use a positive electrode active material having a particle size smaller than a particle size generally used in a solution type lithium ion battery. Specifically, the average particle diameter of the positive electrode active material fine particles is preferably 0.1 to 5 μm.
[0051]
Examples of the conductive assistant include acetylene black, carbon black, and graphite. However, it is not limited to these.
[0052]
As the binder, polyvinylidene fluoride (PVDF) or the like can be used. However, it is not limited to these.
[0053]
The polymer gel electrolyte is a solid polymer electrolyte having ion conductivity, as defined above, containing an electrolyte solution usually used in lithium ion batteries. And the like in which a similar electrolyte is held in a polymer skeleton having no polymer.
[0054]
Here, the electrolyte solution (electrolyte salt and plasticizer) contained in the polymer gel electrolyte may be any one that is usually used in a lithium ion battery. 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , LiAlCl 4 , Li 2 B 10 Cl 10 Acid anion salts such as LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 Cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate and the like containing at least one lithium salt (electrolyte salt) selected from organic acid anion salts such as N; chains such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate and diethyl carbonate Ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane; lactones such as γ-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile; Esters such as methyl propionate; amides such as dimethylformamide; and organic solvents (plasticizers) such as aprotic solvents in which at least one or more selected from methyl acetate and methyl formate are mixed. You can use what you used However, it is not limited to these.
[0055]
Examples of the solid polymer electrolyte having ion conductivity include known solid polymer electrolytes such as polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof.
[0056]
Examples of the polymer having no lithium ion conductivity used for the polymer gel electrolyte include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PVC), polyacrylonitrile (PAN), and polymethyl methacrylate (PMMA). it can. However, it is not limited to these. Since PAN, PMMA, and the like fall into the category of having little ionic conductivity, they can be the above-mentioned polymers having ionic conductivity, but are used here as polymer gel electrolytes. It is exemplified as a polymer having no lithium ion conductivity.
[0057]
Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , LiAlCl 4 , Li 2 B 10 Cl 10 Inorganic acid anion salts such as Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 Organic acid anions such as N, and mixtures thereof can be used. However, it is not limited to these.
[0058]
The ratio (mass ratio) between the host polymer and the electrolyte in the polymer gel electrolyte may be determined according to the purpose of use and the like, but is in the range of 2:98 to 90:10. That is, leakage of the electrolyte from the electrolyte material in the positive electrode layer can be effectively sealed by adopting the configuration of the present invention. Therefore, the battery characteristics can be given a relatively high priority also in the ratio (mass ratio) between the host polymer and the electrolytic solution in the polymer gel electrolyte.
[0059]
The amount of the positive electrode active material, conductive auxiliary agent, binder, polymer electrolyte (host polymer, electrolyte solution, etc.), and lithium salt in the positive electrode layer depends on the intended use of the battery (output-oriented, energy-oriented, etc.) and ionic conductivity. The decision should be taken into account. For example, when using a gel electrolyte for the electrolyte layer, if the blending amount of the polymer electrolyte in the positive electrode layer is too small, the ion conduction resistance and ion diffusion resistance in the positive electrode layer increase, and the battery performance decreases. I will. On the other hand, if the blending amount of the polymer electrolyte in the positive electrode layer is too large, the energy density of the battery decreases. Therefore, a polymer gel electrolysis mass that meets the purpose is determined in consideration of these factors.
[0060]
The thickness of the positive electrode layer is not particularly limited, and should be determined in consideration of the intended use of the battery (e.g., emphasis on output, energy, etc.) and ionic conductivity, as described for the blending amount. The thickness of a general positive electrode layer is about 10 to 500 μm.
[0061]
[Negative electrode layer]
The negative electrode layer contains a negative electrode active material active material. In addition, a conductive auxiliary agent for improving electron conductivity, a binder, a polymer electrolyte (such as a host polymer and an electrolyte), and a lithium salt for improving ionic conductivity may be included. In the case of using a polymer gel electrolyte, it is sufficient that a conventionally known binder that binds the negative electrode active material fine particles to each other, a conductive auxiliary agent for increasing electron conductivity, and the like are included, and a host polymer as a raw material of the polymer electrolyte is used. , Electrolyte and lithium salt may not be contained. Even when a solution electrolyte is used for the electrolyte layer, the negative electrode layer may not contain a host polymer as a raw material of the polymer electrolyte, an electrolytic solution, a lithium salt, or the like. Except for the type of the negative electrode active material, the content is basically the same as that described in the section of “Positive electrode layer”, and thus the description is omitted here.
[0062]
As the negative electrode active material, a negative electrode active material used in a solution-type lithium ion battery can be used. Specifically, carbon, a metal oxide, a lithium-metal composite oxide, or the like can be used, but carbon or a lithium-transition metal composite oxide is preferable. By using these, a battery excellent in capacity and output characteristics (for example, battery voltage can be increased) can be configured. As the lithium-transition metal composite oxide, for example, a lithium-titanium composite oxide or the like can be used. As the carbon, for example, graphite, graphite, acetylene black, carbon black, and the like can be used.
[0063]
[Electrolyte layer]
In the bipolar battery of the present invention, from the viewpoint of providing a battery configuration suitable for preventing contact between electrodes when forming an electrolyte seal portion for preventing seepage of an electrolyte solution from an electrolyte layer, As the electrolyte layer, a separator impregnated with an electrolytic solution or a polymer gel electrolyte (including a nonwoven fabric separator holding a polymer gel electrolyte) can be used. However, in the present invention, also regarding the polymer solid electrolyte, since the electrodes may come into contact with each other at the time of assembling the battery, it is similarly desirable to adopt a battery configuration suitable for preventing the electrodes from coming into contact with each other. . Therefore, in the present invention, depending on the purpose of use, (1) a polymer gel electrolyte (including a polymer gel electrolyte held in a nonwoven fabric separator), (2) a polymer solid electrolyte, or (3) an electrolyte solution Can be applied to any of the separators impregnated.
[0064]
(1) Polymer gel electrolyte (including non-woven fabric separator holding polymer gel electrolyte)
The polymer gel electrolyte is not particularly limited, and those used in conventional gel electrolyte layers can be appropriately used. Here, the gel electrolyte refers to a gel electrolyte in which an electrolyte is held in a polymer matrix. In the present invention, the difference between an all solid polymer electrolyte (also simply referred to as a polymer solid electrolyte) and a gel electrolyte is as follows.
[0065]
A gel electrolyte containing an all-solid polymer electrolyte such as polyethylene oxide (PEO) and an electrolyte used in a normal lithium ion battery.
[0066]
-A polymer electrolyte such as polyvinylidene fluoride (PVDF) having no lithium ion conductivity and having an electrolyte retained therein is also a gel electrolyte.
[0067]
The ratio of the polymer constituting the gel electrolyte (also referred to as a host polymer or a polymer matrix) and the electrolyte is wide, and if 100% by weight of the polymer is an all solid polymer electrolyte and 100% by weight of the electrolyte is a liquid electrolyte, the intermediate Every body is a gel electrolyte.
[0068]
The host polymer of the gel electrolyte is not particularly limited, and a conventionally known host polymer can be used. Preferably, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene glycol (PEG) is used. ), Polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), poly (methyl methacrylate) (PMMA) and copolymers thereof are desirable, and the solvent is ethylene carbonate (EC), propylene Carbonate (PC), gamma-butyrolactone (GBL), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and mixtures thereof are preferred.
[0069]
The electrolytic solution (electrolyte salt and plasticizer) of the gel electrolyte is not particularly limited, and conventionally known ones can be used. More specifically, it may be any one that is usually used in a lithium ion battery. 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , LiAlCl 4 , Li 2 B 10 Cl 10 Acid anion salts such as LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 Cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate and the like containing at least one lithium salt (electrolyte salt) selected from organic acid anion salts such as N; chains such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate and diethyl carbonate Ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane; lactones such as γ-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile; Esters such as methyl propionate; amides such as dimethylformamide; and organic solvents (plasticizers) such as aprotic solvents in which at least one or more selected from methyl acetate and methyl formate are mixed. You can use what you used However, it is not limited to these.
[0070]
The proportion of the electrolyte solution in the gel electrolyte in the present invention is not particularly limited, but is preferably about several mass% to 98 mass% from the viewpoint of ionic conductivity and the like. The present invention is particularly effective for a gel electrolyte containing a large amount of an electrolytic solution in which the proportion of the electrolytic solution is 70% by mass or more.
[0071]
In the present invention, the amount of the electrolytic solution contained in the gel electrolyte may be made substantially uniform inside the gel electrolyte, or may be gradually reduced from the center to the outer periphery. . The former is preferable because the reactivity can be obtained in a wider range, and the latter is preferable in that the sealing property of the all solid polymer electrolyte portion in the outer peripheral portion with respect to the electrolytic solution can be improved. When the concentration is gradually reduced from the center toward the outer periphery, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and a copolymer thereof having lithium ion conductivity are used as the host polymer. It is desirable.
[0072]
In the present invention, the electrolyte layer may be a nonwoven fabric separator in which a polymer gel electrolyte is held (see Examples described later).
[0073]
Here, the nonwoven fabric separator used to hold the polymer gel electrolyte is not particularly limited, and can be manufactured by entanglement of fibers to form a sheet. Further, spunbond or the like obtained by fusing fibers together by heating can also be used. In other words, any sheet may be used as long as the fibers are arranged in a web (thin cotton) or mat shape by an appropriate method, and are joined by an appropriate adhesive or the fusion force of the fibers themselves. The adhesive is not particularly limited as long as it has sufficient heat resistance at the temperature during production and use, and is stable without any reactivity or solubility even for the gel electrolyte. Instead, a conventionally known one can be used. The fibers used are not particularly limited. For example, conventionally known fibers such as cotton, rayon, acetate, nylon, polyester, polypropylene, polyethylene, and other polyolefins, polyimides, and aramids can be used. Depending on (eg, mechanical strength required for the electrolyte layer), they may be used alone or in combination. The bulk density of the nonwoven fabric is not particularly limited as long as sufficient battery characteristics can be obtained by the impregnated polymer gel electrolyte. That is, if the bulk density of the nonwoven fabric is too large, the proportion of the non-electrolyte material in the electrolyte layer becomes too large, which may impair the ionic conductivity and the like in the electrolyte layer.
[0074]
The porosity of the nonwoven fabric separator is preferably 50 to 90%. When the porosity is less than 50%, the retention of the electrolytic solution is deteriorated, and when it exceeds 90%, the strength is insufficient. Furthermore, the thickness of the nonwoven fabric separator may be the same as that of the electrolyte layer described below, and is preferably 5 to 200 μm, and particularly preferably 10 to 100 μm. If the thickness is less than 5 μm, the retention of the electrolyte is deteriorated, and if it exceeds 200 μm, the resistance is increased.
[0075]
In addition, in the nonwoven fabric continuous body used as a spacer, an insulating material of the nonwoven fabric separator can be used. Also in the case of a continuous nonwoven fabric, one having a porosity of about 50 to 90% can be appropriately used.
[0076]
(2) Polymer solid electrolyte
The all solid polymer electrolyte is not particularly limited, and a conventionally known one can be used. Specifically, it is a layer composed of a polymer having ion conductivity, and the material is not limited as long as it exhibits ion conductivity. Examples of the all solid polymer electrolyte include known solid polymer electrolytes such as polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and a copolymer thereof. The solid polymer electrolyte contains a lithium salt in order to secure ion conductivity. As the lithium salt, LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 Or a mixture thereof. However, it is not limited to these. Polyalkylene oxide-based polymers such as PEO and PPO are made of LiBF. 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 And other lithium salts. Further, by forming a crosslinked structure, excellent mechanical strength is exhibited.
[0077]
(3) Separator impregnated with electrolyte
As the electrolytic solution that can be impregnated into the separator, the same electrolytic solution (electrolyte salt and plasticizer) contained in the polymer gel electrolyte of the positive electrode layer described above can be used. Omitted.
[0078]
The separator is not particularly limited and may be a conventionally known separator. For example, a porous sheet (for example, a polyolefin-based microporous material) made of a polymer that absorbs and retains the electrolytic solution can be used. A separator, etc.) can be used. The polyolefin-based microporous separator having the property of being chemically stable to an organic solvent has an excellent effect that the reactivity with an electrolyte (electrolyte solution) can be suppressed to a low level.
[0079]
Examples of the material of the polymer include polyethylene (PE), polypropylene (PP), a laminate having a three-layer structure of PP / PE / PP, and polyimide.
[0080]
The thickness of the separator cannot be unambiguously defined because it varies depending on the intended use. However, in the case of a secondary battery for driving a motor such as an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV), a single layer thickness is used. Alternatively, the thickness is desirably 4 to 60 μm in a multilayer. When the thickness of the separator is within the above range, it is desirable to prevent short-circuiting caused by fine particles digging into the separator and to narrow the gap between the electrodes for high output. This has the effect of ensuring high output power. In the case where a plurality of batteries are connected, the electrode area increases. Therefore, it is desirable to use a thick separator in the above range in order to improve the reliability of the batteries.
[0081]
The diameter of the fine pores of the separator is desirably 1 μm or less at most (usually, the pore diameter is about several tens nm). When the average diameter of the micropores in the separator is within the above range, the separator is melted by heat and the "shutdown phenomenon", in which the micropores close, occurs quickly. There is an effect that is improved. In other words, when the battery temperature rises due to overcharging (in the event of an abnormality), the “shutdown phenomenon” in which the separator melts and the micropores close, which occurs quickly, causes the battery (electrode) from the positive electrode (+) to Li ions cannot pass through to the negative electrode (-) side, and cannot be charged any more. Therefore, overcharging cannot be performed, and overcharging is eliminated. As a result, the heat resistance (safety) of the battery can be improved, and gas can be prevented from being opened to open the heat-sealed portion (seal portion) of the battery exterior material. Here, the average diameter of the micropores of the separator is calculated as an average diameter obtained by observing the separator with a scanning electron microscope or the like and statistically processing a photograph thereof with an image analyzer or the like.
[0082]
The porosity of the separator is desirably 20 to 50%. When the porosity of the separator is within the above range, the output and reliability are reduced because the output is prevented from decreasing due to the resistance of the electrolyte (electrolyte solution) and the short circuit is prevented due to the fine particles penetrating through the pores (micropores). It has the effect of ensuring both sexes. Here, the porosity of the separator is a value obtained as a volume ratio from the density of the raw material resin and the density of the separator of the final product.
[0083]
The amount of the electrolyte impregnated in the separator may be impregnated up to the liquid retention capacity range of the separator, but may be beyond the liquid retention capacity range. This is because resin can be injected into the electrolyte seal portion to prevent the electrolyte solution from seeping out of the electrolyte layer, so that impregnation is possible as long as the electrolyte layer can retain the liquid. When the resin is injected into the electrolyte seal portion, the electrolyte solution is left with a liquid inlet (each one at a time) between each electrode, and is injected therefrom by a vacuum injection method or the like. The separator can be impregnated with the electrolytic solution by a conventionally known method, for example, by injecting a resin into the mouth and completely sealing the resin.
[0084]
The electrolyte layers (1) to (3) may be used together in one battery.
[0085]
Further, the polymer electrolyte may be contained in the polymer gel electrolyte layer, the positive electrode active material layer, and the negative electrode active material layer, but the same polymer electrolyte may be used, or different polymer electrolytes may be used depending on the layers. Good.
[0086]
Meanwhile, a host polymer for a polymer gel electrolyte which is preferably used at present is a polyether polymer such as PEO or PPO. For this reason, the oxidation resistance on the positive electrode side under high temperature conditions is weak. Therefore, when using a positive electrode agent having a high oxidation-reduction potential, which is generally used in a solution-based lithium ion battery, the capacity of the negative electrode is preferably smaller than the capacity of the positive electrode opposed via the polymer gel electrolyte layer. preferable. When the capacity of the negative electrode is smaller than the capacity of the opposed positive electrode, it is possible to prevent the positive electrode potential from excessively rising at the end of charging. In addition, the capacity of the positive electrode and the negative electrode can be obtained from the manufacturing conditions as a theoretical capacity at the time of manufacturing the positive electrode and the negative electrode. The capacity of the finished product may be measured directly by a measuring device.
[0087]
However, if the capacity of the negative electrode is smaller than the capacity of the opposite positive electrode, the potential of the negative electrode may be too low and the durability of the battery may be impaired. For example, the average charge voltage of one cell (single cell layer) is set to an appropriate value for the oxidation-reduction potential of the positive electrode active material to be used, and care is taken so that the durability does not decrease.
[0088]
The thickness of the electrolyte layer constituting the battery is not particularly limited. However, in order to obtain a compact bipolar battery, it is preferable to make the battery as thin as possible as long as the function as an electrolyte can be secured. The thickness of a general electrolyte layer is about 5 to 200 μm, preferably about 10 to 100 μm.
[0089]
[Positive and negative terminal plates]
The positive and negative electrode terminal plates may be used as needed. When used, it is better to have as thin as possible from the viewpoint of thinning in addition to having the function as a terminal, but since the laminated electrodes, electrolyte and current collector all have low mechanical strength, It is desirable to have enough strength to sandwich and support from above. Further, from the viewpoint of suppressing the internal resistance at the terminal portion, it can be said that the thickness of the positive electrode and negative electrode terminal plates is usually preferably about 0.1 to 2 mm.
[0090]
As the material of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal plate, a material usually used in a lithium ion battery can be used. For example, aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), alloys thereof, and the like can be used. It is preferable to use aluminum from the viewpoints of corrosion resistance, ease of production, economy, and the like.
[0091]
The materials of the positive electrode terminal plate and the negative electrode terminal plate may be the same or different. Further, these positive and negative electrode terminal plates may be formed by laminating different materials from each other in multiple layers.
[0092]
The positive and negative electrode terminal plates may have the same size as the current collector.
[0093]
[Positive and negative electrode leads]
As the positive and negative electrode leads, known leads that are usually used in lithium ion batteries can be used. In addition, since the part taken out of the battery exterior material (battery case) does not have a distance from the heat source of the automobile, it does not affect the automobile parts (especially electronic devices) by contacting them and causing a short circuit. It is preferable to coat with a heat-shrinkable heat-shrinkable tube or the like.
[0094]
[Battery exterior material (battery case)]
In order to prevent external shock and environmental degradation, the bipolar battery body must be entirely covered with a battery exterior material or battery case in order to prevent external impact and environmental degradation during use. (Not shown). From the viewpoint of weight reduction, a conventionally known battery package such as a polymer-metal composite laminate film or an aluminum laminate pack in which a metal (including an alloy) such as aluminum, stainless steel, nickel, or copper is coated with an insulator such as a polypropylene film. It is preferable that the battery laminate is housed and sealed by using a material and joining a part or all of its peripheral portion by heat fusion. In this case, the positive electrode and the negative electrode lead may have a structure sandwiched between the heat-sealed portions and exposed to the outside of the battery exterior material. In addition, the use of a polymer-metal composite laminate film or aluminum laminate pack with excellent thermal conductivity allows the heat to be efficiently transmitted from the heat source of the vehicle and quickly heats the inside of the battery to the battery operating temperature. preferable.
[0095]
Next, in the present invention, an assembled battery formed by connecting a plurality of the above bipolar batteries can be provided. That is, by using at least two or more bipolar batteries of the present invention and connecting them in series and / or in parallel to form an assembled battery, it is possible to respond to the demand for battery capacity and output for each purpose of use relatively inexpensively. It becomes possible to do.
[0096]
Specifically, for example, the above-mentioned N bipolar batteries are connected in parallel, and N parallel bipolar batteries are further connected in series to be stored in a metal or resin battery pack case to form a battery pack. . At this time, the number of series / parallel connected bipolar batteries is determined according to the purpose of use. For example, a large-capacity power supply such as an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV) may be combined so as to be applicable to a driving power supply of a vehicle requiring a high energy density and a high output density. Further, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal for the assembled battery and the electrode lead of each bipolar battery may be electrically connected using a lead wire or the like. When the bipolar batteries are connected in series / parallel, they may be electrically connected using a suitable connecting member such as a spacer or a bus bar. However, the battery pack of the present invention should not be limited to the battery described here, and a conventionally known battery can be appropriately used. In addition, the assembled battery may be provided with various measuring devices and control devices according to the intended use, for example, a voltage measuring connector or the like may be provided to monitor the battery voltage. There is no particular limitation.
[0097]
According to the present invention, a vehicle equipped with the bipolar battery and / or the assembled battery as a driving power source can be provided. The bipolar battery and / or assembled battery of the present invention has various characteristics as described above, and is particularly a compact battery. For this reason, the present invention provides an electric vehicle and a hybrid vehicle which are suitable as a drive power source for a vehicle, for example, an electric vehicle or a hybrid electric vehicle, which has particularly strict requirements regarding energy density and output density, and which are excellent in fuel efficiency and running performance. it can. For example, it is convenient to mount a battery pack as a driving power source under a seat in the center of the body of an electric vehicle or a hybrid electric vehicle, because it is possible to widen a company space and a trunk room. However, the present invention is not limited thereto, and the battery pack or the battery can be installed under the floor of the vehicle, in a trunk room, an engine room, a roof, a hood of a hood, or the like. In the present invention, not only the assembled battery but also a bipolar battery may be mounted depending on the intended use, or the assembled battery and the bipolar battery may be mounted in combination. Further, as the vehicle on which the bipolar battery and / or the assembled battery of the present invention can be mounted as a driving power source, the above-described electric vehicle or hybrid electric vehicle is preferable, but is not limited thereto.
[0098]
The method for manufacturing the bipolar battery of the present invention is not particularly limited, and various conventionally known methods can be appropriately used. The following is a brief description. However, when stacking the electrodes, the method of arranging the spacers around the electrodes and then injecting resin around the electrodes to form the electrolyte seal portion is as already described with reference to FIG. The description here is omitted or simplified.
[0099]
(1) Application of positive electrode composition
First, an appropriate current collector is prepared. The positive electrode composition is usually obtained as a slurry (positive electrode slurry), and is applied to one surface of the current collector.
[0100]
The positive electrode slurry is a solution containing a positive electrode active material. As other components, a conductive auxiliary agent, a binder, a polymerization initiator, a raw material for an electrolyte (a polymer or a host polymer for a solid electrolyte, an electrolytic solution, etc.), a supporting salt (lithium salt), a slurry viscosity adjusting solvent, and the like are optionally included. That is, similarly to the solution-based lithium ion battery, the slurry for the positive electrode may optionally include a conductive auxiliary material, a raw material of an electrolyte, a supporting salt (lithium salt), a slurry viscosity adjusting solvent, a polymerization initiator, and the like, in addition to the negative electrode active material. It can be manufactured by mixing the materials containing at a predetermined ratio.
[0101]
When a polymer gel electrolyte is used for the electrolyte layer, it is sufficient that a conventionally known binder for binding the positive electrode active material fine particles to each other, a conductive auxiliary material for increasing electron conductivity, a solvent, and the like are included. The raw material does not need to contain the host polymer, the electrolytic solution, the lithium salt, and the like. The same applies when a separator in which the electrolyte layer is impregnated with the electrolyte is used.
[0102]
Examples of the polymer raw material for the electrolyte (host polymer as the raw material for the polymer gel electrolyte or the polymer raw material for the polymer solid electrolyte) include PEO, PPO, and copolymers thereof, and a crosslinkable functional group ( (A carbon-carbon double bond). By cross-linking the polymer electrolyte using the cross-linkable functional group, the mechanical strength is improved.
[0103]
As for the positive electrode active material, the conductive additive, the binder, and the lithium salt, the compounds described above can be used.
[0104]
The polymerization initiator needs to be selected according to the compound to be polymerized. For example, benzyldimethyl ketal is used as a photopolymerization initiator, and azobisisobutyronitrile is used as a thermal polymerization initiator.
[0105]
The solvent such as NMP is selected according to the type of the positive electrode slurry.
[0106]
The amounts of the positive electrode active material, the lithium salt, and the conductive additive may be adjusted according to the purpose of the bipolar battery or the like, and may be generally used. The amount of the polymerization initiator to be added is determined according to the number of crosslinkable functional groups contained in the polymer material. Usually, it is about 0.01 to 1% by mass with respect to the polymer raw material.
[0107]
(2) Formation of positive electrode layer
The current collector coated with the positive electrode slurry is dried to remove the contained solvent. At the same time, depending on the slurry for the positive electrode, a cross-linking reaction may be advanced to increase the mechanical strength of the solid polymer electrolyte. For drying, a vacuum dryer or the like can be used. Drying conditions are determined according to the applied slurry for the positive electrode and cannot be uniquely defined, but are usually from 40 to 150 ° C. for 5 minutes to 20 hours.
[0108]
(3) Application of composition for negative electrode
A negative electrode composition (negative electrode slurry) containing a negative electrode active material is applied to the surface opposite to the surface on which the positive electrode layer is applied.
[0109]
A negative electrode composition (negative electrode slurry) containing a negative electrode active material is applied to the surface opposite to the surface on which the positive electrode layer is applied.
[0110]
The negative electrode slurry is a solution containing a negative electrode active material. Other components optionally include a conductive additive, a binder, a polymerization initiator, (a polymer or a host polymer for a solid electrolyte, an electrolytic solution, etc.), a supporting salt (lithium salt), a slurry viscosity adjusting solvent, and the like. The raw materials used and the amounts added are the same as those described in the section of “(1) Application of positive electrode composition”, and thus description thereof is omitted here.
[0111]
(4) Formation of negative electrode layer
The current collector coated with the negative electrode slurry is dried to remove the contained solvent. At the same time, depending on the slurry for the negative electrode, the crosslinking reaction may be advanced to increase the mechanical strength of the polymer gel electrolyte. By this operation, a bipolar electrode is completed. For drying, a vacuum dryer or the like can be used. The drying conditions are determined according to the applied slurry for the negative electrode, and cannot be uniquely defined, but are usually at 40 to 150 ° C. for 5 minutes to 20 hours. By such a drying process, a negative electrode layer (electrode forming portion) is formed on the current collector.
[0112]
(5) Formation of electrolyte layer
When the polymer solid electrolyte layer is used, the polymer solid electrolyte layer is produced by, for example, curing a solution prepared by dissolving a raw material polymer of the polymer solid electrolyte, a lithium salt, or the like in a solvent such as NMP. When a polymer gel electrolyte layer is used, for example, as a raw material of the polymer gel electrolyte, a pre-gel solution comprising a host polymer and an electrolyte solution, a lithium salt, a polymerization initiator, and the like are simultaneously heated and dried under an inert atmosphere. It is produced by polymerizing (promoting a crosslinking reaction). When using a polymer gel electrolyte layer in which a polymer gel electrolyte is held in a nonwoven fabric separator, a host polymer and an electrolyte, a lithium salt, and a polymerization initiator may be used in the nonwoven fabric separator, for example, as raw materials for the polymer gel electrolyte. It is manufactured by impregnating a pregel solution comprising an agent and the like, and simultaneously heating and drying in an inert atmosphere and simultaneously polymerizing (promoting a crosslinking reaction) (see Examples described later).
[0113]
For example, the prepared solution or pregel solution is applied on the electrode (positive electrode and / or negative electrode), and an electrolyte layer having a predetermined thickness or a part thereof (an electrolyte membrane having a thickness of about half the electrolyte layer thickness) is formed. Form. After that, the electrode on which the electrolyte layer (membrane) is laminated is cured or heated and dried in an inert atmosphere and simultaneously polymerized (promoting a crosslinking reaction), thereby increasing the mechanical strength of the electrolyte and producing the electrolyte layer (membrane). A film is formed (completed).
[0114]
Alternatively, an electrolyte layer laminated between the electrodes or a part thereof (an electrolyte membrane having a thickness of about half the electrolyte layer thickness) is separately prepared. An electrolyte layer (membrane) or a polymer gel electrolyte layer (membrane) obtained by holding a polymer gel electrolyte in a non-woven fabric separator is prepared by applying the above solution or pregel solution on a suitable film such as a PET film, and applying an inert atmosphere. Or by pre-polymerization (promoting the cross-linking reaction) at the same time as curing or heating and drying, or impregnating the above solution or pregel solution with a suitable nonwoven fabric separator such as PP and curing or heating under an inert atmosphere. It is produced by polymerizing (promoting the crosslinking reaction) simultaneously with drying.
[0115]
For curing or heat drying, a vacuum dryer (vacuum oven) or the like can be used. The conditions of the heat drying are determined according to the solution or the pregel solution and cannot be uniquely defined, but are usually at 30 to 110 ° C. for 0.5 to 12 hours.
[0116]
The thickness of the electrolyte layer (membrane) can be controlled using a spacer or the like. When a photopolymerization initiator is used, it is poured into a light-transmitting gap and irradiated with ultraviolet rays using an ultraviolet irradiation device capable of drying and photopolymerization, thereby photopolymerizing the polymer in the electrolyte layer and performing a crosslinking reaction. It is advisable to proceed the film formation. However, it is a matter of course that the present invention is not limited to this method. Depending on the type of the polymerization initiator, radiation polymerization, electron beam polymerization, thermal polymerization, and the like are properly used.
[0117]
Further, since the film used above may be heated to about 80 ° C. during the manufacturing process, the film has sufficient heat resistance at the temperature, and has no reactivity with the solution or the pregel solution. It is desirable to use a material excellent in releasability from the necessity of peeling and removing with, for example, polyethylene terephthalate (PET), a polypropylene film and the like can be used, but it is not limited thereto.
[0118]
The width of the electrolyte layer is often slightly smaller than the current collector size of the bipolar electrode.
[0119]
The composition of the above solution or pregel solution and the amount thereof should be appropriately determined according to the purpose of use.
[0120]
The separator impregnated with the electrolytic solution has the same configuration as the electrolyte layer used for the conventional non-bipolar type solution-based bipolar battery, and conventionally known various manufacturing methods, for example, a separator impregnated with the electrolytic solution is used. Since it can be manufactured by a method of sandwiching and stacking between bipolar electrodes or a vacuum injection method, a detailed description thereof will be omitted below.
[0121]
(6) Lamination of bipolar electrode and electrolyte layer
{Circle around (1)} In the case of a bipolar electrode having an electrolyte layer (membrane) formed on one or both sides, sufficiently heat and dry under a high vacuum, and then form a plurality of electrodes having the electrolyte layer (membrane) in an appropriate size. The bipolar battery main body (electrode laminate) is manufactured by cutting out the individual pieces and directly attaching the cut out electrodes.
[0122]
(2) In the case where the bipolar electrode and the electrolyte layer (membrane) are separately manufactured, they are sufficiently heated and dried under a high vacuum, and then each of the bipolar electrode and the electrolyte layer (membrane) is cut into a plurality of appropriate sizes. . A predetermined number of the cut-out bipolar electrodes and the electrolyte layer (membrane) are attached to each other to produce a bipolar battery main body (electrode laminate).
[0123]
The number of layers of the electrode stack is determined in consideration of battery characteristics required for a bipolar battery. In the outermost layer on the positive electrode side, an electrode in which only the positive electrode layer is formed on the current collector is arranged. In the outermost layer on the negative electrode side, an electrode in which only the negative electrode layer is formed on the current collector is arranged. The step of obtaining a bipolar battery by laminating a bipolar electrode and an electrolyte layer (membrane) or laminating an electrode on which an electrolyte layer (membrane) is formed is difficult from the viewpoint of preventing moisture and the like from being mixed into the battery. It is preferable to carry out under an active atmosphere. For example, a bipolar battery is preferably manufactured in an argon atmosphere or a nitrogen atmosphere.
[0124]
(7) Installation of spacer
In the present invention, as described above, when the bipolar electrode and the polymer electrolyte layer are bonded and laminated, for example, as shown in FIGS. The
[0125]
(8) Formation of electrolyte seal (insulation layer)
The four sides of the outer peripheral portion of the electrode laminate are separated from the outer side by a predetermined width (for example, a width of about 10 mm; W in FIG. 5). 1 For example, the sealing resin is immersed in an epoxy resin (precursor solution) as a sealing portion resin, and then the epoxy resin is cured to form an electrolyte sealing portion. In the present invention, it is needless to say that the present invention is not limited to these, and a conventionally known resin injection technique can be appropriately used. Thereby, the spacer can be completely taken into the resin of the electrolyte seal portion, and a seal portion without leakage can be formed.
[0126]
(7) Packing (completion of battery)
Finally, a positive electrode terminal plate and a negative electrode terminal plate are respectively disposed on both outermost electron conductive layers of the bipolar battery body (battery laminate), and a positive electrode lead and a negative electrode lead are further provided on the positive electrode terminal plate and the negative electrode terminal plate. Are joined (electrically connected) and taken out. The method for joining the positive electrode lead and the negative electrode lead is not particularly limited, but ultrasonic welding or the like having a low joining temperature can be suitably used, but is not limited to this. A known joining method can be appropriately used.
[0127]
The entire battery stack is sealed with a battery exterior material or a battery case in order to prevent external impact and environmental degradation, thereby completing a bipolar battery. At this time, the positive electrode lead, the negative electrode lead, and the connector (or the wiring portion thereof) are sealed, and a part thereof is taken out of the battery (see FIG. 3). The material of the battery exterior material (battery case) is preferably a metal (aluminum, stainless steel, nickel, copper, or the like) whose inner surface is covered with an insulator such as a polypropylene film.
[0128]
【Example】
The effects of the present invention will be described using the following examples and comparative examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to the following examples.
[0129]
Example 1 (example of the first embodiment)
<Formation of electrode>
1. Positive electrode layer
Spinel LiMn having an average particle diameter of 2 μm as a positive electrode active material 2 O 4 [85% by mass], acetylene black [5% by mass] as a conductive aid, PVDF [10% by mass] as a binder, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a slurry viscosity adjusting solvent (NMP is (Because it is removed by volatilization, an appropriate amount was added so as to obtain an appropriate slurry viscosity instead of the constituent material of the electrode.) A material composed of the above ratio (indicated by a ratio converted by a component excluding the slurry viscosity adjusting solvent). To prepare a positive electrode slurry.
[0130]
The positive electrode slurry was applied to one side of a SUS foil (thickness: 20 μm) as a current collector, placed in a vacuum oven, and dried at 120 ° C. for 10 minutes to form a positive electrode layer having a dry thickness of 40 μm.
[0131]
2. Negative electrode layer
A material composed of hard carbon [90% by mass] as a negative electrode active material, PVDF [10% by mass] as a binder, and NMP (an appropriate amount was added so as to have an appropriate slurry viscosity) as a slurry viscosity adjusting solvent was used in the above ratio (slurry). A negative electrode slurry was prepared by mixing with the ratio excluding the viscosity adjusting solvent.
[0132]
The negative electrode slurry was applied to the opposite surface of the SUS foil on which the positive electrode layer was formed, placed in a vacuum oven, and dried at 120 ° C. for 10 minutes to form a negative electrode layer having a dry thickness of 40 μm.
[0133]
A bipolar electrode was formed by forming a positive electrode layer and a negative electrode layer on both sides of a SUS foil as a current collector (see FIG. 1).
[0134]
<Formation of gel electrolyte layer>
A nonwoven fabric made of PP having a thickness of 50 μm (porosity: 60%) was used as a separator.
[0135]
In the separator, a copolymer of polyethylene oxide and polypropylene oxide (a copolymer having a copolymerization ratio of 5: 1 and a weight average molecular weight of 8000) [10% by mass] was used as a host polymer and an electrolyte solution EC + DMC (1: 1). 3 (volume ratio)) and lithium salt LiBF at 1.0M 4 [90% by mass] and a pregel solution composed of AIBN [0.1% by mass with respect to the host polymer] as a polymerization initiator are immersed, and thermally polymerized at 90 ° C for 1 hour in an inert atmosphere. As a result, a gel electrolyte layer in which the gel electrolyte was held by the nonwoven fabric separator was formed. The thickness of the obtained gel electrolyte layer was 50 μm, and was not thicker than the nonwoven fabric separator.
[0136]
<Formation of bipolar battery>
The bipolar electrode and the gel electrolyte layer were laminated so that the positive electrode layer and the negative electrode layer of the electrode sandwiched the gel electrolyte layer.
[0137]
When laminating, as shown in FIGS. 5A and 5B, the periphery of the electrode (the width W of the periphery) 1 Was 8 mm. ), A columnar (5 mm diameter) PP spacer having a thickness (height) of 100 μm was laminated while being disposed at 12 locations at appropriate intervals. The spacer was temporarily fixed with glue.
[0138]
<Formation of seal part>
Four sides of an outer peripheral portion of a 50 μm-thick polypropylene nonwoven fabric were immersed in an epoxy resin as a resin for electrolyte sealing with a width of 10 cm from the outer edge, and then the epoxy resin was cured to form an electrolyte seal portion. (See FIG. 5C).
[0139]
After laminating five layers (equivalent to five cells), the battery laminate was sealed with a laminate pack (aluminum laminated with a polypropylene film; battery exterior material) to form a bipolar battery.
[0140]
Comparative Example 1
As Comparative Example 1, five layers (equivalent to five cells) were laminated in the same manner as in Example 1 except that the electrolyte seal portion and the spacer were not provided, and then the battery laminate was laminated with a laminate pack (aluminum laminated with a polypropylene film). (Battery exterior material) to form a bipolar battery.
[0141]
<Evaluation>
In Example 1, even when ten battery samples were manufactured, generation of a defective battery due to a short circuit due to contact between terminals was not recognized in the manufacturing process. For confirmation, a charge / discharge cycle test of the battery of Example 1 was performed. The charge / discharge cycle test was performed at 25 ° C., and the charge / discharge current value was 0.5 CA.
[0142]
In the bipolar battery of Example 1, it was confirmed that the voltage of each cell layer was maintained even after more than 50 cycles, and that no short circuit was caused by contact between terminals.
[0143]
In the case of the battery of Comparative Example 1 having no spacer, when ten battery samples were manufactured, a short circuit due to the contact of the current collector foil during the manufacturing process, or a liquid junction where the electrolyte leaked out and the electrolytes came into contact with each other was obtained. It was recognized that defective batteries were generated in all 10 batteries.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view schematically showing a basic structure of a bipolar electrode constituting a bipolar battery of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing a basic structure of a unit cell layer (single cell) constituting the bipolar battery of the present invention.
FIG. 3 is a schematic sectional view schematically showing a basic structure of a bipolar battery of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing a basic configuration of a bipolar battery of the present invention.
FIG. 5A is a plan view of an electrode laminate including a plurality of columnar spacers (a current collector in the uppermost layer is not shown), and FIG. 5B is a plan view of the electrode laminate. FIG. 6 is a schematic side view of the electrode laminate of FIG.
6 (a) is a side view schematically showing one of the embodiments of a spacer used in the present invention, and FIG. 6 (b) is a plan view of the spacer of FIG. 6 (a). FIG.
FIG. 7 is an enlarged plan view of a corner portion in a state where an electrolyte seal portion is formed around a unit cell layer of the electrode laminate of FIG. 5A (a current collector in the uppermost layer is not shown) .
FIG. 8A is a schematic side view of an electrode stack using a spacer. FIG. 8 (b) shows a state before immersing the electrode periphery of the electrode stack in a resin (precursor) as a method of forming an electrolyte seal around the cell layer of the outer electrode stack using spacers. It is the schematic diagram which represented typically. FIG. 8C is a schematic diagram schematically showing a state in which the unit cell layers are electrically insulated by the spacers even when the periphery of the electrodes of the electrode stack is immersed in a resin (precursor).
FIG. 9A is a schematic side view of an electrode laminate without using a spacer. FIG. 9B schematically shows a state before immersing the electrode periphery of the electrode stack in a resin (precursor) as a method of forming an electrolyte seal around the cell layer of the outer electrode stack. It is a schematic diagram. FIG. 9C is a schematic diagram schematically showing a state in which the unit cell layers are electrically short-circuited by immersing the periphery of the electrode of the electrode stack in a resin (precursor).
[Explanation of symbols]
1 ... current collector (metal foil)
2 ... Positive electrode layer,
3: Negative electrode layer,
4 ... Electrolyte layer (electrolyte membrane),
5 ... Bipolar electrode,
5a: an electrode having a positive electrode layer disposed only on one required surface of the current collector;
5b: an electrode in which a negative electrode layer is arranged on only one required surface of the current collector,
6 ... unit cell layer (single cell),
7 ... electrode laminate,
8 Positive electrode lead,
9 ... negative electrode lead,
10. Battery exterior material,
11 ... bipolar battery,
21 ... electrolyte seal part,
23 ... spacer,
23a ... a continuum of spacers,
25 ... opening,
31 ... sealing resin precursor,
W 1 ... the width of the electrolyte seal,
W 2 ... spacer width,
W 3 ... The width of the continuum spacer.
Claims (8)
電極側面の電解質シール部の中に、電極同士の間隔を保持するためのスペーサが設けられていることを特徴とするバイポーラ電池。In a bipolar lithium ion secondary battery in which a positive electrode is formed on one surface of a current collector and a bipolar electrode having a negative electrode formed on the other surface, a plurality of bipolar electrodes are stacked in series with an electrolyte layer interposed therebetween,
A bipolar battery, wherein a spacer for maintaining a space between electrodes is provided in an electrolyte seal portion on a side surface of the electrode.
負極活物質としてカーボンもしくはリチウム−遷移金属複合酸化物を用いてなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のバイポーラ電池。Using a lithium-transition metal composite oxide as the positive electrode active material,
The bipolar battery according to any one of claims 1 to 3, wherein carbon or a lithium-transition metal composite oxide is used as the negative electrode active material.
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